计算机组成原理(IO)要点

1、计算机组成原理,主讲：颜俊华 总线与I/O,主要内容,总线的基本概念、总线分类 接口的基本概念、接口分类 主机与外设间信息交换控制方式,总线概述,总线定义：一组能为多个部件分时共享的信息传送线路 特点：分时、共享 总线协议：连接到总线的各部件须遵守的总线标准和规则,它包括： 1）信号线的定义 2）数据格式 3）时序关系 4）信号电平 5）控制逻辑,总线概述,总线周期：一次总线操作所需要的时间 总线位宽：总线上能同时传输的数据位数 总线工作频率：协调总线上各种操作的时钟频率，总线工作频率越高总线工作速度越快 总线带宽：单位时间内总线上可传输的数据量 主设备：获得总线控制权的设备 从设备：被主设备

2、访问的设备,总线分类,1、按功能划分,在系统中 所处的地位,局部总线 系统总线,内总线 外总线,总线分类,CPU,北桥 芯片,内存,AGP/PCIE,CPU类型 内存类型 主频 前端总线 等支持,南桥 芯片,USB,键盘接口等,内存控制器,总线分类,7,2、 按数据传送格式分,并行总线 串行总线,3、按时序控制方式分 同步总线 异步总线 4、总线标准 （IEEE美国电气电子工程师协会制订） PC总线 ISA总线 EISA总线 PCI总线等,总线性能指标,总线宽度：总线一次可同时传输的数据位数 总线时钟频率：同步总线上的基本时钟，是总线工作的最高频率 总线传输速率：总线上每秒钟传输的最大字节数

3、总线传输速度=（总线宽度/8）*（总线时钟频率/时钟周期数）,总线组成,地址总线：用于传送地址信息 数据总线：用于传输数据和代码 控制总线：用于传送控制和状态信号,总线数据传输过程,总线基本任务传送数据。传送信息的主动方称为主模块，被动放称为从模块。同一时刻仅有一个主模块占用总线。 一次总线传输划分为：总线申请和裁决、总线寻址、数据传送、错误检测,总线数据传输方式,同步传输：使用系统时钟控制数据传输的时间标准。 异步传输：采用异步应答方式传输，没有统一的时钟信号。,接口概述,I/O接口：指主机和外设交接的部分 I/O接口位于系统总线和外设之间,接口,外设,系统总线,接口功能,使用接口的原因：

4、一台机器通常配有多台设备，它们各自有其编号，通过接口可以实现对设备的选择 I/O设备种类繁多，速度不一，通过接口可实现数据缓冲，达到速度匹配 I/O设备可能串行传送数据，而CPU都是并行传送，通过接口可实现数据串并格式转换 I/O设备的电平与CPU的电平不同，通过接口可实现电平转换,接口功能,CPU启动I/O设备工作，要向设备发控制信号，可通过接口传送控制命令 I/O设备需及时报告CPU其工作状态，通过接口可监视设备工作状态，并保存状态信息，供CPU查询 综上所述，接口具有的功能 寻址 数据传送与缓冲 数据类型、格式变换 主机与外设间数据、控制命令和状态信息的交换,接口分类,按数据传送格式划分

5、 并行接口 接口与系统总线、接口与外设均按照并行方式传送数据 适用于设备本身并行工作，距主机较近的场合 串行接口 接口与系统总线并行传送，接口与外设串行传送 适用于设备本身串行工作，或距主机较远，或需减少传送线的情况,接口分类,按时序控制方式划分 同步接口 异步接口 按I/O传送控制方式划分 直接程序传送接口 中断接口 DMA接口,接口分类,按是否可编程控制 可编程接口 不可编程接口 按所连接总线分类 ISA总线接口 EISA总线接口 MCA总线接口 STD总线接口,接口的编址,与存储器统一编址 将I/O接口中的寄存器与内存单元统一编址，访问I/O接口如同访问内存 特点：操作灵活，不用专用I/

6、O指令，但需要占用部分内存地址空间 I/O端口单独编址 设置单独I/O地址空间分时共享地址总线，设置专用信号区分访问存储器还是I/O 特点：不占用存储地址空间，需用专用I/O指令，灵活性差,I/O指令,I/O指令 输入（IN）指令 输出（OUT）指令 通道指令 IOP指令,主机与外设交换信息控制方式,立即程序传送方式 主机对I/O接口的访问（读/写）不需要任何条件，随时可以进行（要求主机与外设是同步的）。即在传送信息时，外设已准备好。 特点：程序简单，硬件省；主机与外设要同步（外设准备好），否则出错。 程序查询传送方式 主机对I/O接口访问（或传送数据）前，需要查询外设的状态，已准备好，传送数据，否则，CPU等待。,特点：传送可靠 ， CPU与I/O设备串行工作，CPU利用率低（外设准备时好） 中断传送方式 CPU暂时中止现行程序的执行，转去执行为某个随机事态服务的中断处理程序。处理完毕后自动恢复原程序的执行。 特点：主机与I/O并行工作。CPU启动I/O后，继续执行程序。当I/O准备就绪时，向CPU发出中断请求信号，CPU在适当时候响应该请求。提高了CPU的效率。,主机与外设交换信息控制方式,DMA方式 主存和高速外设之间直接实现数据传送 特点：主机与I/O并行工作，主存和I/O之间有直接数据通路。CPU启动I/O后，不必查询I/O是否准备好，当I/O准备就绪后，发