计算机组成原理总结.doc

第3章 微处理器微处理器又称为中央处理器（Central Processing UnitCPU），是计算机进行算术逻辑运算和系统控制的主要部件。微型计算机的性能主要取决于微处理器的性能，如计算机的长度、工作速度、指令执行时间及浮点运算能力等。本章主要以Intel公司的CPU为实例，介绍80X86和Pentium系列CPU的基本工作原理。3.1.8086/8088微处理器8086 CPU 是Intel公司1978年推出的第一个16位芯片，它的内部寄存器、功能部件、CPU的内部总线及对外数据总线均为16位。为了能和早期的8位处理器及其接口芯片兼容，Intel公司在8086后又退出了8088CPU。8088CPU的内部结构与8086的内部结构相同，但对外的数据总线位8位，它既能提供16位的数据处理能力，又能适应早期已投入诗意哦那个的8位接口芯片，因而也得到了广泛的应用。1、8086/8088CPU的结构（1）.总线接口部件BIU 总线接口部件由4个16位段寄存器、一个16位指令指针寄存器、20位物理地址加法器、6字节指令队列（8088为4字节）及总线控制电路组成，负责与存储器及I/O端口的数据传送。即BIU根据执行部件EU计算出的16位偏移地址及16位段寄存器提供的16位段地址，通过地址加法器产生20位物理地址，根据EU单元的请求，用20位物理地址对存储器进行读/写操作，也可对I/O接口进行读/写操作。无论8086还是8088都会在执行指令的同时，从内存中取下面一条或几条指令放在指令队列中。 （2）.执行部件EU 执行部件由ALU、寄存器阵列、标志寄存器等几个部分组成，其任务就是从指令队列流中取出指令，然后分析和执行指令，还负责计算操作数的16位偏移地址。 （3）.BIU和EU的管理 2、BIU和EU非同步工作。其管理原则为： 1）.指令队列中有2个字节空（8086）时，BIU会自动把下一条指令取到指令队列中。 2）.EU在执行指令过程中，如果必须访问存储器或I/O设备，则EU会自动请求BIU进入总线周期去完成访问存储器或I/O操作。此时若BIU空闲，就会立即完成EU请求。否则EU将首先完成自己将指令取至指令队列中的任务，再响应EU的请求。 3）.当指令队列已满，而EU又无请求时，BIU进入空闲状态。 4）.当EU执行转移类、调用及返回类指令时，EU将不再用指令队列中顺序装入的指令。此时指令队列中原有的内容被自动清除，而BIU会接着将另一程 序段的指令装入指令队列，EU和BIU这种并行的工作方式极大地提高了CPU的工作效率。 3.2.80X86微处理器80X86微处理器是80286、80386、80486等微处理器芯片的简称，为了使大家对CUP技术的发展有一个基本的了解，下面主要介绍80286、80386、80486等微处理器的特点及工作方式。1、80286微处理器1982年，英特尔公司在8086的基础上，研制出了80286微处理器，该微处理器的最大主频为20MHz，内、外部数据传输均为16位，使用24位内存储器的寻址，内存寻址能力为16MB。80286可工作于两种方式，一种叫实模式，另一种叫保护方式。在实模式下，微处理器可以访问的内存总量限制在1兆字节；而在保护方式之下，80286可直接访问16兆字节的内存。此外，80286工作在保护方式之下，可以保护操作系统，使之不像实模式或8086等不受保护的微处理器那样，在遇到异常应用时会使系统停机。IBM 公司将80286微处理器用在先进技术微机即AT机中，引起了极大的轰动。 80286在以下四个方面比它的前辈有显著的改进：支持更大的内存；能够模拟内存空间；能同时运行多个任务；提高了处理速度。最早PC机的速度是4MHz，第一台基于80286的AT机运行速度为6MHz至8MHz，一些制造商还自行提高速度，使80286达到了20MHz，这意味着性能上有了重大的进步。 80286的封装是一种被称为PGA的正方形包装。PGA是源于PLCC的便宜封装，它有一块内部和外部固体插脚，在这个封装中，80286集成了大约130000个晶体管。 IBM PC/AT微机的总线保持了XT的三层总线结构，并增加了高低位字节总线驱动器转换逻辑和高位字节总线。与XT机一样，CPU也是焊接在主板上的。2、80386微处理器1985年春天的时候，英特尔公司已经成为了第一流的芯片公司，它决心全力开发新一代的32位核心的CPU80386。Intel给80386设计了三个技术要点：使用“类286”结构，开发80387微处理器增强浮点运算能力，开发高速缓存解决内存速度瓶颈。 1985年10月17日，英特尔划时代的产品80386DX正式发布了，其内部包含27.5万个晶体管，时钟频率为12.5MHz，后逐步提高到20MHz、25MHz、33MHz，最后还有少量的40MHz产品。80386DX的内部和外部数据总线是32位，地址总线也是32位，可以寻址到4GB内存，并可以管理64TB的虚拟存储空间。它的运算模式除了具有实模式和保护模式以外，还增加了一种“虚拟86”的工作方式，可以通过同时模拟多个8086微处理器来提供多任务能力。80386DX有比80286更多的指令，频率为12.5MHz的80386每秒钟可执行6百万条指令，比频率为16MHz的80286快2.2倍。80386最经典的产品为80386DX33MHz，一般我们说的80386就是指它。 由于32位微处理器的强大运算能力，PC的应用扩展到很多的领域，如商业办公和计算、工程设计和计算、数据中心、个人娱乐。80386使32位CPU成为了PC工业的标准。虽然当时80386没有完善和强大的浮点运算单元，但配上80387协处理器，80386就可以顺利完成许多需要大量浮点运算的任务，从而顺利进入了主流的商用电脑市场。另外，30386还有其他丰富的外围配件支持，如82258（DMA控制器）、8259A（中断控制器）、8272（磁盘控制器）、82385（Cache控制器）、82062（硬盘控制器）等。针对内存的速度瓶颈，英特尔为80386设计了高速缓存（Cache），采取预读内存的方法来缓解这个速度瓶颈，从此以后，Cache就和CPU成为了如影随形的东西。 3、80486微处理器1989年，我们大家耳熟能详的80486芯片由英特尔推出。这款经过四年开发和3亿美元资金投入的芯片的伟大之处在于它首次实破了100万个晶体管的界限，集成了120万个晶体管，使用1微米的制造工艺。80486的时钟频率从25MHz逐步提高到33MHz、40MHz、50MHz。 80486是将80386和数学协微处理器80387以及一个8KB的高速缓存集成在一个芯片内。80486中集成的80487的数字运算速度是以前80387的两倍，内部缓存缩短了微处理器与慢速DRAM的等待时间。并且，在80x86系列中首次采用了RISC（精简指令集）技术，可以在一个时钟周期内执行一条指令。它还采用了突发总线方式，大大提高了与内存的数据交换速度。由于这些改进，80486的性能比带有80387数学协微处理器的80386 DX性能提高了4倍。 随着芯片技术的不断发展，CPU的频率越来越快，而PC机外部设备受工艺限制，能够承受的工作频率有限，这就阻碍了CPU主频的进一步提高。在这种情况下，出现了CPU倍频技术，该技术使CPU内部工作频率为微处理器外频的23倍，486 DX2、486 DX4的名字便是由此而来。 3.3.Pentium处理器按照80X86的逻辑，80486之后的下一个CPU名字应是80586，但是Intel公司决定不再采用数字命名，原因是为了保护商标版权，所以Intel为了获得新一代CPU的商标专利，将其取名为Pentium，它来源于希腊字“Pente”，其意思为5，现在人们习惯上也将Pentium叫做586，或称作奔腾586，或称P5（Pentium未正式命名前的称呼）。Pentium微处理器是1993年投入使用的，与80X86系列保持完全兼容。采用0.8微米的Bi-CMOS技术，使芯片集成度达到310万个晶体管。全部引脚被封装在一个大型的237针PGA中。时钟频率有60MHz、66MHz、75MHz、90MHz、100MHz、120MHz、133MHz、150MHz及166MHz等多种，其中Pentium-66的运算速度为112MIPS。业内人士认为Pentium是一个划时代的微处理器，它的性能已超过了原有的工作站及超级小型机。1、 Pentium微处理器有如下技术特点：1).采用超标量双流水线结构超标量流水线设计是Pentium微处理器技术的核心。所谓超标量就是处理器内部含有多个执行单元来完成多条指令的同时执行。2)分支预测技术为了减少由于转移导致流水线的效率损失，Pentium采用分支预测技术来动态预测指令的目标地址，从而节省了CPU的执行时间。3)双Cache的采用Pentium内部有两个Cache，每个8KB。一个Cache用于指令高速缓存，另一个用于数据高速缓存。这两个高速缓存可同时存取，前者可提供多达32位的原始操作码，后者每个时钟周期内可以提供两次存取的数据。这种双路高速缓存结构减少了争用高速缓存所造成的冲突，改进了处理器性能。 相对寻址：指令地址域中表示的是位移值D，程序计数器内容（即本条指令的地址）K与位移值D相加，得操作数地址K+D。第5章 存储系统5.1 存储系统的概念存储器是计算机的一个重要的组成部件，用来存储计算机程序和程序使用的数据。存储器的容量和访问速度是衡量计算机性能的重要指标。1.存储器的分类(1).按存储介质划分根据存储介质的不同可以划分为：磁心存储器、半导体存储器、光电存储器、磁表面存储器和光盘存储器。当前，计算机的主存使用的大多是半导体存储器，外存一般为磁表面存储器和光盘存储器。(2).按存取方式划分按照不同的存取方式，存储器可以划分成随机访问存储器RAM、只读存储器ROM和顺序访问存储器SAS。(3).按作用划分按照存储器在计算机系统中作用的不同，可将它们划分为主存储器(内存)、辅助存储器(外存)和高速缓冲存储器等。5.2半导体存储器主存储器也称内存存储器，是由半导体存储器组成的，用来存放正在运行中的程序和相关数据，也是早期计算机的唯一存储设备。1.半导体存储器的分类主存储器可以由只读存储区(ROM)和读写存储区(RAM)两部分组成，它们分别采用ROM和RAM存储器芯片实现。从所用的半导体生产工艺区分，存储器芯片又可以分为静态存储器SRAM和动态存储器DRAM两种类型。5.3存储器与CPU的连接方法主存储器一般有存储体、地址译码电路、读写放大电路和控制电路组成。存储器地址译码可采用单译码和双译码两种方式。单译码方式也称为线选法，使用一个译码电路对全部地址进行译码，经过字选择直接选中存储单元。1.存储芯片的分类(1).Intel2114静态存储器芯片(2).Intel4116动态存储器芯片(3).Intel2716EPROM存储器芯片5.4高速缓冲存储器它是位于CPU和普通内存之间规模较小但速度很高的一种起缓冲作用的存储器。1.高速缓冲存储器的特点：(1).不能被用户直接访问；(2).容量不大，目前一般只有256kb或512kb；2.虚拟存储器通过在存储系统中增加一个容量相对较小，但速度能大致满足CPU要求的高速缓冲存储器Cache。根据空间地址的不同划分，虚拟存储器可分为页式、段式和段页式三种结构。3.虚拟存储器的工作原理它将主存和用作虚拟存储器的辅存划分成小块，所有程序和数据开始时都存放在辅存中，只有在CPU需要访问时才将相应块的内容装入到主存中， 供CPU 调用。主存装满后，如果还需要访问尚未装入主存的程序和数据，再通过一定的算法进行块替换，直到整个程序执行完毕。4.虚拟存储器和Cache的区别首先，Cache和主存交换数据的频率比较高，大约访问10次Cache就需要一次主存，每次交换的数据量也较小。而虚存和主存交换数据的频率比较低，大约每访问几百次到一千次主存才和虚存交换一次数据，但每次交换数据的量比较大，Cache的主要目标是提高存储器系统的访问速度；而对虚拟存储器来说，它要解决的主要问题是存储器系统的容量，降低整个存储器系统的价格，所以，它的所有功能几乎都是由操作系统通过软件手段实现，只是在少量的地址映像表上采用了一些硬件，整个实现效率不高，但成本相当低廉。 5.虚地址和实地址 在虚拟存储系统中，程序员按虚存空间编址，简称虚空间，它对应于辅存的容量，其地址称为虚地址或逻辑地址。而主存空间则称为实空间，其地址称为实地址或物理地址。CPU和辅存之间没有直接的访问路径，它们之间的信息交换只能通过主存进行。用逻辑地址编写的程序在机器上执行时，要将虚地址转换成实地址才能访问主存。为了这种虚实地址的转换，可把虚空间和实空间划分为具有固定长度的字块。根据空间地址的不同划分，虚拟存储器可分为页式、段式和段页式三种结构。 5.5辅助存储器辅助存储器用来存放暂时不用的程序或数据，需要时再成批的调入主存，它是虚拟存储系统的重要组成部分。从它所处的部位以及与主机交换信息的方式看，它也属于外部设备，因此它又称为后备存储器或外存储器。1.衡量辅助存储设备主要技术指标；(1).存储密度 在存储介质的单位长度上或单位面积上所存储的二进制信息的数量.(2).存储容量 一台设备所能存储的总的二进制位数量，通常以字节为单位表示。(3).寻址时间 磁盘设备属于按直接方式读写的设备，它的寻址时间由两部分组成，一是磁头沿磁盘的径向运动到目标磁道的时间；二是在目标磁道上等待磁盘被读写区段旋转到磁头下面的时间。(4).数据传输率 指磁表面存储器在单位时间内可以向主机传送数据的数量，通常用二进制位数或字节数表示。(5).误码率 误码率等于在一次读操作过程中，出错数量占读出的全部数量的比值。5.6存储技术的新发展(1).先进的动态随机存储器组织(2).增强DRAM(EDRAM)(3).高速缓存DRAM(CDRAM)(4).同步DRAM(SDRAM)(5).DDR SDRAM第6章 中断系统中断技术是计算机应用中的一项重要技术，是主机内部管理的一种重要手段。它的作用之一是使异步于主机的外部设备与主机并行工作，从而提高整个系统的工作效率。6.1中断的概述 中断是指某种事件发生时，为了对该事件进行处理，CPU终止现行程序的执行，转去执行此事件对应的程序，待中断服务程序执行完毕后，再返回原来的程序接着执行，这个过程称为中断。 中断处理过程：CPU正在执行主程序，A请求中断，CPU停止执行主程序，转去执行A中断服务子程序，执行完后，返回主程序中断处（称为断点）继续执行。当B请求中断时，CPU停止执行主程序，转去执行B中断服务子程序，执行完后，返回主程序断点继续执行。当C请求中断时，处理过程和A、B相同。1.中断的功能(1).故障处理 当计算机系统出现硬件故障或程序故障时，都必须通过中断进行处理。(2).实现实时处理 所谓实时处理，是指在某个事件或现象出现的实际时间内及时进行处理。(3).分时操作 计算机设置中断功能，可以使CPU分时执行多个用户的程序和多道作业。还可使CPU与I/O设备实现一定程度的并行工作，从而提高CPU的工作效率。2.中断的分类(1).按中断处理方式 中断可分为简单中断和程序中断(2).按中断产生的方式 中断可分为自愿中断和强迫中断(3).按引起中断事件所处的地点 可分为内部中断和外部中断(4).按中断服务程序入口地址形成方法 可分为向量中断和非向量中断。3.划分优先等级的一般规律是：(1).硬件故障中断属于最高级。(2).其次是程序错误中断，因为若不即时处理，则CPU继续运行将失去意义。(3).DMA请求优先级高于输入输出传送的中断请求。(4).在各种输入输出传送的中断中，高速设备优先于低速设备，实时控制用的设备优先于普通传送数据的设备。4.禁止中断和中断屏蔽 在许多情况下，为了保证CPU正在执行的程序能够连续运行，最小限度地被其它时间打断，可以采用禁止中断或屏蔽中断的方法。(1).禁止中断：产生中断的事件后，由于特殊情况(比如正在保存断点现场或取断点现场时)的要求，CPU不能停止现行程序的执行，必须禁止一切中断。一般在CPU的内部，设有一个中断允许触发器，只有该触发器置“1”状态，才允许中断源申请中断，如果该触发器被置“0”，则不允许所有中断源中断。中断允许触发器通过“开中断”或“关中断”指令来置“1”或置“0”。(2).中断屏蔽：当产生中断请求后，用程序方式有选择地封锁部分中断，而允许其余部分中断能得到响应。实现的方法是在各个设备的接口中设置一个中断屏蔽触发器INM来屏蔽该中断源的中断请求。CPU通过程序可以有选择地使一些接口的INM为“1”，另一些为“0”，为“1”时禁止接口发送中断请求信号，即屏蔽。6.2 80286的中断系统1.外部中断：是由外部硬件通过中断请求线引起的，也称为硬件中断。2.80286具有多条多组中断控制线，分别是：(1).程序中断控制线(2).KMA中断控制线(3).协处理中断控制线3.当80286为不可屏蔽中断服务时，不再接受其他的可屏蔽与不可屏蔽中断请求，也不再接受微处理器内部产生的扩展段超越中断请求，而且这种状态将一直延续到执行中断返回指令(IRET)或完成对微处理器的复位为止。4.中断的处理过程 当某一中断源发出中断请求时，CPU先决定是否响应这个中断请求。若响应这个中断请求，则CPU必须在现行的指令执行完后，把断点处的PC（即下一条应执行的指令地址）、各个寄存器的内容和标志位的状态压入堆栈保留下来（称为保护断点和现场）。然后转到需要处理的中断源的服务程序入口，同时清除中断请求触发器。当中断处理完后，在恢复被保留下来的各个寄存器和标志位的状态（称为恢复现场），最后恢复PC值（称为恢复断点），使CPU返回断点，继续执行主程序。6.3 中断控制器Intel8259A芯片是一种可编程的中断控制器，它是为管理微型机CPU的你可屏蔽中断而设计的。1.8259A有多种工作方式，可按不同的方式分类。(1).按照优先权设置方法来分：1).普通全嵌套方式。简称全嵌套方式，是8259A最常用的方式。2).特殊全嵌套方式。3).优先权自动循环方式。4).优先权特殊循环方式。(2).按结束中断处理方式划分：1).自动中断结束方式。2).普通中断结束方式。3).特殊中断结束方式。(3).按屏蔽中断源的方式划分：1).普通屏蔽方式。2).特殊屏蔽方式。(4).按中断触发方式来分有以下两种：1).边沿触发方式。2).电平触发方式。2.中断的处理过程： 当某一中断源发出中断请求时，CPU先决定是否响应这个中断请求。若响应这个中断请求，则CPU必须在现行的指令执行完后，把断点处的PC（即下一条应执行的指令地址）、各个寄存器的内容和标志位的状态压入堆栈保留下来（称为保护断点和现场）。然后转到需要处理的中断源的服务程序入口，同时清除中断请求触发器。当中断处理完后，在恢复被保留下来的各个寄存器和标志位的状态（称为恢复现场），最后恢复PC值（称为恢复断点），使CPU返回断点，继续执行主程序。在计算机系统中，CPU响应中断必须同时满足以下三个条件：(1).中断源有中断请求。(2).CPU允许接受中断请求。(3).一条指令已经执行完毕。 第7章 总线与接口7.1 总线的基本知识总线是计算机硬件五大部件之间以及部件内部连线的综合，是进行数据传送的公共通道。1.总线的两个特点：(1).总线能够被多个部件使用，即总线上可以挂接多个部件，各个部件之间相互交换的信息都可以在这个公共通道上传送。(2).多个部件只能分时共享总线，即某一时刻只能传送一个部件发送的信息，其他部件不能同时使用总线来发送信息。2.总线按连接部件的不同，可分为以下三类。(1).内部总线 内部总线指CPU芯片内部的总线。(2).外部总线 外部总线指CPU芯片外部，CPU、内存和I/O设备之间连接的总线。按输入信息的不同，外部总线又可分为三类：数据总线、地址总线和控制总线。(3).I/O总线 这类总线是用于计算机系统之间或计算机系统与其他系统之间的通信，有时又和外部总线中的I/O总线不加区分。3.单机总线的三种结构(1).单总线结构 优点：允许I/O设备之间或内存之间直接交换信息；CPU只需分配总线的使用权，不需要对信息的交换过程进行干预，总线由各大功能部件共享，系统简单，容易扩展成多CPU系统。缺点：由于所有系统部件的信息传输都通过这一组总线来实现，某一时间只允许一对部件之间传输信息，所以总线的信息量很大，有可能导致设备的总线请求不能得到及时响应，增加信息传输时间延迟。(2).双总线结构 系统内增了存储总线(也称DMA总线)。存储总线专门负责CPU和主存之间的信息高速传输。(3).三总线结构 三总线结构在双总线的基础上增加了I/O总线。(4).总线结构对计算机系统性能的影响 采用不同的总线结构，对计算机系统的最大主存容量、指令系统和吞吐量都有一定的影响，具体如下：1).单总线结构中主存容量受外设数量的影响。2).双总线系统中必须有专门的I/O指令。3).总线数越多，系统的吞吐量越大。4.总线的性能与技术指标总线的性能：1).机械性 指总线在机械连接方式上的一些性能(2).电气特性 电气特性是指总线的每一根传输线上信号的传递方向和有效的电平范围。(3).功能特性 功能特性是指总线中每根传输线的功能，如地址总线用来指出地址号(4).时间特性 时间特性是指总线中的任一条线在什么时间内有效。2)总线的技术：(1).总线宽度 它是指数据总线的根数。(2).标准传输率 在总线上每秒能传输的最大字节量。(3).时钟同步/异步 总线上的数据与时钟同步工作的总线称为同步总线，与时钟不同步工作的总线称为异步总线。(4).总线复用 通常地址总线与数据总线在物理上是分开的两种总线。(5).信号线数 也即地址总线、数据总线和控制总线三种总线数的总和。(6).总线控制方式 包括并发工作、自动配置、仲载方式、逻辑方式、技术方式等、(7).其他指标。如负载能力问题。5.总线的控制方式(1).链式查询方式(2).计数器定时查询方式(3).独立请求方式7.2 总线标准1.所谓总线标准，可视为系统与各模块、模块与模块之间的一个互连的标准界面。(1).支持众多性能不同的模块。(2).支持批量生产，并要求质量稳定、价格低廉。(3).可替换、可组合。7.3 常用外围设备总线与接口1.并行通信总线 特点：速度快，需要多条传送线，比较适用于短距离传输，内部总线是并行总线。2.串行通信总线 特点：一位一位的传送，速度慢，只要一条传送线，因此比较适用于长距离传输。总线的一次信息传送过程可以分为五个阶段：总线请求、总线仲裁、寻址、信息传输、状态返回、总线通信方式有同步通信和异步通信两种。3.常用通信总线(1).IDE通信总线 它将磁盘控制器与磁盘驱动合并在一起，通过一条40芯扁平电缆与系统连接，支持多种数据传输方式。一个IDE端口可以和两个设备相连接，其中一个设备为主设备，另一个设备为从设备。(2).通用串行接口USB (Universal Serial Bus-通用串行总线)是一种计算机外围设备的连接规范。它的目的在于可以通过一个USB端口，使显示器、键盘、鼠标、打印机、调制解调器、数码相机等各种外围设备都能连接到计算机，而不受计算机端口数量的限制。1).USB的基本结构 USB有四根连接线，其中一对为数据线，另一对为电源线和地线。USB系统至少包括三部分：USB的连接、USB的设备及USB的主机。2).USB的特点 特点：连接简单、传输速率高、USB端口扩展方便、使用USB端口时必须有主板的支持和操作系统的支持。(3).SCSI总线 SCSI(Small Computer System Interface-小型计算机系统接口)，是最早用于小型计算机系统的接口，现在已用于微型计算机系统中。特点：有较广的适应性、SCSI接口可同时连接7个外围设备、采用并行传输方式、具有较高的数据传输率、成本较高、SCSI内建了控制芯片。(4).IEEE1394 是一种高速串行总线接口标准，又称为火线。IEEE1394提供的开放式标准主要由物理层、链路层、事务层和串行总线管理四个部分组成。4.IEEE1394的性能特点 1).占用空间小 相对于并行总线而言，串行总线更节省空间而且价格更低。2).速度快 在同一网络中可以采用不同的速率进行传输。3).数据传输的实时性 IEEE1394同时支持同步和异步两种数据传输模式，并且支持等步传输方式，即在同步数据传输的同时可进行异步数据传输，可以在一定的时间内按顺序连续发送数据，从而保证数字的声音、图像信息实时准确的传送到接收设备。4).连接方便 IEEE1394支持点对点传输，支持热插拔和即插即用功能，使用方便，已于连接。5).具有可扩展性 在同一网络中可同时进行菊花链式连接和树状连接。第8章 输入输出接口8.1 概述输入和输出(I/O)是指计算机与外设之间的信息交换，即通信。I/O接口就是位于计算机与I/O设备之间、用来协助完成数据传送和传送控制任务的那部分电路。1.输入输出接口的分类：(1).按数据传送方式分类 有串行接口和并行接口。(2).按主机访问I/O设备的控制方式分类 可分为程序查询式接口、中断接口、DMA接口、以及更为复杂的一些的通道控制器、I/O处理机、(3).按功能选择的灵活性分类 分为可编程接口和不可编程接口。(4).按通用性分类 分为通用接口和专用接口。(5).按输入输出的信号分类 分为数字接口和模拟接口。2.外设接口的功能 (1).数据缓冲功能(2).数据转换功能(3).识别设备(4).输入输出功能(5).传送主机命令(6).起停控制功能(7).其他 还具有检错纠错功能、中断功能、时序控制功能等。3.接口与端口是两个不同的概念。端口是指接口电路中可以被CPU直接访问的寄存器，若干个端口加上相应的控制逻辑电路才组成接口。4.I/O端口编制方式(1).统一编制法 指把输入输出设备中的可控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器等也和内存单元一样看待，将它们和内存单元联合在一起编写地址。(2).单独编织法 在这种编制方式中，内存地址空间和I/O端口地址空间是相对独立的，分别单独编址。8.2 数据传送方式 主机与外设之间的信息交换一般随外部设备的性质不同而有五种不同的方式；程序控制输入输出方式、直接存储器访问方式、中断输入输出方式、I/O通道方式和外围处理机方式。1.外围处理机方式是一种专门的使用处理机输入输出，特点：基本上可以完全独立主处理机工作，单独处理机外设的事务。2.程序控制传送方式由CPU执行一段输入输出程序来实现内存与外设之间数据传送的方式。根据性质的不同可以分为无条件传送方式和查询传送方式。3.程序查询方式工作过程(1).CPU先向I/O设备发出命令，表示要进行数据传送。(2).CPU从I/O接口中读入状态字。(3).CPU检查状态字中的状态，看看数据交换是否可以进行。(4).如果设备未就绪，CPU重复执行2.3步骤，知道该设备准备好并发出ready信号为止。(5).CPU执行I/O指令，从I/O设备读出数据或把数据传送到I/O设备端口寄存器中。(6).修改内存地址，计数值减1/。(7).计数值为0，结束I/O程序，继续执行其他程序，否侧返回2步骤进行循环。4.程序查询方式的特点：(1).灵活性好，CPU能控制何时对任何设备进行输入输出操作。(2).外围设备和CPU处于异步工作关系。(3).数据的输入输出要经过CPU(4).用于连接低速的外围设备。(5).一般来说不能实现处理机与外围设备并行工作。5.DMA传送方式直接存储器存取DMA是有硬件来控制外设与内存直接进行数据交换，不通过CPU而直接存储器进行访问，它是由专门的硬件装置DMA控制器来完成。DMA有三种传送方式：单字节传送方式、成组传送方式、请求传送方式。6.DMA方式的处理过程(1).DMA处理过程 1).CPU应先把DMAC的某些参数，包括他的工作方式、要写入的存储单元的首地址以及传送字节数预先写入内部寄存器、2).发送请求信号3).开始进行传送。4).DMAC具有自动增减内部地址和计数的功能，从而判断任务是否完成。(2).DMA的操作方法1).周期挪移2).周期扩展3).CPU停机方式8.3 并行输入输出接口并行输入输出接口就是把一个字符的几个位同时进行传输，它具有传输速度快、效率高的优点，但由于并行通信所有的电缆较多，不适合长距离传输。1.并行接口的应用EPP是一种通用的并口通信标准，采用这种标准可使并口的通信速度大大提高。目前的Pentium主板上均支持EPP并口。EPP并口采用双工、半双工数据传输，最高传输率可达2MB/s，用于高速打印机、网络打印机、图像扫描仪、硬盘和CD-ROM等计算机外设的高速接口。支持EPP标准的计算机外部设备， 不需要任何接口卡就可直接连接在计算机并口上。 2.串行通信的基本方式串行通信方式分为同步通信方式和异步通信方式两种：(1).同步通信方式 在同步通信方式中，每个基本数据单元占用固定的时间间隔。在数据块开始处用同步字符SYN来指明，同步字符可由用户自己设定，可用一个（或相同两个）8位二进制码作同步字符。 (2).异步通信方式 异步通信方式允许数据传输过程中，每个基本的数据单元之间存在着任意长度的时间间隔。为了让接收端能准确地接收由发送端送来的信息，在每个数据基本单元中需附加相应的“起始位”和“停止位”。异步通信的优点在于设备比同步通信方式简单，但由于有附加的起止位，其数据传输率较同步通信的数据传输率低。3.串行通信的数据传输方向在串行通信中，数据在两个端口之间进行双向传输。根据数据传输方式的不同，可以将数据传输分为单工、半双工和全双工传输方式。(1).单工通信 通信双方只能在一个指定的方向上进行数据传输，如广播方式。(2).半双工通信 数据可以交替地沿任一方向传输，但在同一时刻，不允许两个方向同时传输数据，如无线对讲机。(3).全双工通信 全双工通信允许数据可同时进行双向传输，使用全双工方式时，一般需要两条传输线，如电话系统。8.4 DMA控制器将DMA方式的接口电路称为DMA控制器。DMA控制器大都集成在一块大规模集成电路上，如Intel8237等。 1).源端口和目标端口地址寄存器 2).字节计数器 3).控制与状态寄存器 4).其它电路 1.DMA的数据传送过程可分为三个阶段：DMA传送前预处理，数据传送，传送后处理。(1).DMA预处理 (2).DMA的数据传送 2.DMA的数据传送是以数据块为基本单位进行的，因此，每次DMA占用总线后的数据传送操作都是通过一个循环过程来实现的。1).输入操作2).输出操作 3).DMA后处理 第9章 常用输入输出设备 输入输出设备，又称计算机的外围设备，是有一定操作功能的比较完整、相对独立的精密机械电子装置，用于完成面向计算机操作人员