计算机组成与系统结构 完整课件第7章

第七章输入输出系统第一节输入输出设备的类型第二节基本的输入输出方式第三节中断方式第四节DMA方式第五节通道方式第六节输入输出接口与总线第一节输入输出设备的类型一、输出设备1.显示器CRT液晶等离子体2.打印设备3.绘图仪CRT显示器——字符的显示CRT显示器——光栅扫描液晶显示器等离子体显示器2.打印设备击打式串行、行式点阵针式、字模式非击打式喷墨激光热转印击打式打印机——点阵针式喷墨式打印机——气泡式喷墨式打印机——压电式激光式打印机 3.绘图仪平台式滚筒式二、输入设备——键盘二、输入设备——光笔二、输入设备——鼠标器二、输入设备——数字化仪二、输入设备——触摸屏二、输入设备——扫描仪三、外存设备

1.磁记录原理与记录方式记录方式游程长度受限码——RLL编码RLL码用(d,k;m,n;r)表示，或简单表示为(d,k)，其中d表示任何两位相邻的1之间的0的最小位数；k表示任何两位相邻的1之间的0的最大位数。RLL编码的实质是将原始数据序列变换成0、1游程长度受限制的代码，即k和d均受到限制的编码，然后再用不归零制方式进行调制和写入，具有自同步能力。正确地设计k、d值可以获得较高的编码效率。评价标准编码效率——位密度与最大磁化翻转密度之比（(3,5)RLL为3）自同步能力——最小磁化翻转间隔与最大磁化翻转间隔的比值（(3,5)RLL为3/5）三、外存设备

2.硬盘设备磁道，扇区，柱面，温彻斯特技术 磁盘接口技术指标：(1)存储密度。面密度，道密度，位密度(2)存储容量(3)平均访问时间 平均访问时间=控制延迟+寻道时间+旋转延迟+传输延迟(4)数据传输率习题：5 3.磁盘阵列目的：提高容量，提高可靠性 每个磁盘MTTF为20万小时，100个无容错阵列的MTTF为2000小时。

R(t)=(e-lt)100类型：

RAID-0：非冗余的磁盘阵列。

RAID-1：镜像磁盘冗余阵列。

RAID-2：海明码纠错冗余的磁盘阵列，位交叉。

RAID-3：奇偶校验冗余的磁盘阵列，位交叉。

RAID-4：独立传送磁盘阵列，块交叉，校验盘是瓶颈。

RAID-5：独立传送磁盘阵列，块交叉，分布的冗余校验。

RAID-6：P+Q冗余技术，增强纠错能力。3.磁盘阵列（续）3.磁盘阵列（续）4.光盘存储设备类型：只读型、Worm型、可擦写型。(1)只读型凹坑——信息记录载体，压制形成，边界代表1，平面代表0光道——螺旋形，恒线速通道码——14位(2,10)RLL编码，代表8位数据帧——记录24字节有效数据，CIRC编码，共32字节扇区——98个帧，2352字节有效数据，2048字节用户数据4.光盘存储设备（续）4.光盘存储设备（续）(2)WORM型强激光烧灼出凹坑(3)可擦写型相变型：晶态与非晶态转换磁光型：激光与磁场调制记录，克尔效应读取第二节基本的输入输出方式一、外设的寻址统一编址法：存储器映像的外设寻址单独编址法：两个地址空间二、外设的定时异步应答方式同步时钟定时字设备与块设备三、程序查询方式

——由主机控制输入输出过程设备接口的结构：CPU处理过程：信号传输过程：接口例子：第三节中断方式一、基本概念中断是一种在发生了一个外部的事件时调用相应的处理程序(或称服务程序)的过程。中断服务程序与中断时CPU正在运行的程序是相互独立的，相互不传递数据。中断处理中的问题： (1)设备识别方式 (2)中断处理程序入口地址的形成 (3)中断裁决 (4)中断屏蔽二、中断响应过程简单的中断处理过程：关中断（屏蔽中断）保存现场识别中断形成服务程序入口地址执行服务程序恢复现场开中断中断处理中的问题设备的识别（问题1）CPU轮询中断向量入口地址形成（问题2）中断向量表（通常位于内存起始处）三、中断裁决（问题3）三种方式：链式查询独立请求分组链式三、中断裁决（问题3）三种方式：链式查询独立请求分组链式三、中断裁决（问题3）三种方式：链式查询独立请求分组链式四、中断屏蔽（问题4）多重中断：中断服务程序也可以被中断——中断嵌套。实现方法一：给CPU及中断请求都设置优先级。响应过程：关中断保存现场识别中断形成服务程序入口地址开中断执行服务程序关中断恢复现场开中断实现方法二：

采用中断屏蔽寄存器，用软件设置灵活的优先级。例假定硬件原来的响应顺序为0→1→2，试设置中断屏蔽字，将中断优先级改为1→2→0。解：中断输入输出方式的接口五、中断的类型中断的例子复位，时钟中断，键盘中断，页面失效中断中断的类型：内部中断（异常处理）：算术操作异常、非法指令、越权指令、页面失效外部中断（可屏蔽，不可屏蔽）：键盘、鼠标、电源软件中断：自陷（系统调用）习题：9，12，13第四节DMA方式一、基本概念目的减少大批量数据传输时CPU的开销。方法采用专用部件生成访存地址并控制访存过程。传输过程：预处理数据传输后处理二、DMA传送方式问题：访存冲突解决方法：CPU等待DMA。DMA乘存储器空闲时访问存储器（周期挪用）。CPU与DMA交替访问存储器（透明方式）。DMA控制流程：三、DMA控制器结构—基本结构DMA与CPU的连接：习题：14第五节通道方式通道是一个具有输入输出处理器控制的输入输出部件。通道控制器有自己的指令，即通道命令，能够根据程序控制多个外部设备并提供了DMA共享的功能。一、通道的类型 1.选择通道 2.数组多路通道 3.字节多路通道二、通道的功能性能指标：流量（吞吐率）字节多路通道的极限流量应大于所接外设的字节传送速率之和；其他两种通道的极限流量应大于所接外设中字节传送速率最大的设备。通道的功能： 1.接受CPU的指令。 2.读取并执行通道程序。 3.控制数据传送。 4.读取外设的状态信息，提供给CPU。 5.发出中断请求。四、输入输出处理机通道结构的I/O处理机(IOP)专用处理机（如网卡、显卡上的处理机）外围处理机(PPU)通用机（如双CPU服务器）功能数据转换、数据搜索、数据格式转换、检错纠错、编码/译码，打包/解包第六节输入输出接口与总线

——SCSI总线1.特点从通道发展而来传输速度快灵活性好（适用于各种外设）设备独立性采用高级命令系统2.信号定义信号电平：单端方式差分方式3.总线控制地址构成：设备地址(8个)逻辑单元号（逻辑设备号）逻辑分区地址（16到32位块地址）通信协议：消息传递八个