第一章 计算机体系结构(四)— 输入/输出技术(IO)

1. 微型计算机中常见的内存与接口的编址方法

1-1 内存与接口地址独立编址方法

  • 内存地址和接口地址是完全独立的两个地址空间。
  • 访问数据的指令也完全不同,用于接口的指令值用于接口的读/写,其余的指令全都是用于内存的。因此在编程序或读取程序中容易使用和辨认。
  • 缺点:用于接口的指令太少,功能太弱。

1-2 内存与接口地址统一编址方法

  • 内存地址和接口地址统一在一个公共的地址空间里,即内存单元和接口共用地址空间。
  • 优点:原则上用于内存的指令都可以用于接口,增强了对接口的操作功能,而且在指令上也不在区分内存和接口指令。
  • 缺点:整个地址空间被分为两部分,导致内存地址不连续。由于内存的指令和用于接口的指令是完全一样的,维护程序时就需要根据参数定义表仔细加以辨认。

2. 直接程序控制

直接程序控制是指:外设数据的输入/输出过程是在CPU执行程序的控制下完成的。
分为以下两种情况:

2-1 无条件传送

可以无条件地随时接收CPU发来的输出数据,也能够无条件地随时向CPU提供需要输入数据。

2-2 程序查询方式

利用查询方式进行输入/输出,就是通过CPU执行程序来查询外设的状态,判断外设状态是否准备好接收数据或准备好向CPU输入数据。。根据这种状态,CPU有针对性地为外设的输入/输出服务。

  • 缺点:降低了CPU的效率;对外部的突发事件无法做出实时响应。

3. 中断方式

3-1 中断处理方法

  1. 多中断信号线法
  2. 中断软件查询法
  3. 菊花链法
  4. 总线仲裁法
  5. 中断向量表法

3-2 中断优先级控制

  1. 当不同优先级的多个中断源同时提出中断请求时,CPU应优先响应优先级最高的中断源。
  2. 中断嵌套:一个中断服务程序中嵌套另一个中断服务程序。

4. 直接存储器存取方式

直接内存存取(DMA)是指数据在内存与I/O设备间的直接成块传送,即在内存与I/O设备间传送一个数据块的过程,不需要CPU的任何干涉。

DMA传送过程:
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5. 输入/输出处理机(IOP)

IOP是一个专用处理机,接在主计算机上,主机的输入/输出操作由它来完成。
数据传送方式有3种:

  • 字节多路方式;
  • 选择传送方式;
  • 数组多路方式;