计算机组成原理——第七章输入输出系统（上）

如若来世再相见，半点朱唇尽我尝

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7.1.1 输入输出系统和IO控制方式

i/O接口是一个电子部件，会被集成与主板中，而I/O设备则是你看得见摸得着的那些设备，你的I/O设备要和你的主机进行数据的交互，控制信息的传输都需要经过i/O 接口的一个处理

I/O接口中包含数据寄存器（主机要输出往外设的数据，或者外设要输往主机的数据），控制寄存器（存储的数据能反映具体的外设要做什么动作），状态寄存器（反映了当前外设的一个状态），但是下图这种程序查询方式是不好的，因为CPU需要不断地检查状态寄存器，在此过程中CPU是一直被占用的，所以提出了程序中断方式，使用这两种方式，我们每输入或者输出一个字，就需要CPU介入一次，CPU就作为中转站作为IO设备和主存之间的中转

程序中断方式：CPU执行某个程序 中间若是需要某个I/O操作，I/O设备在这数据准备阶段，CPU是可以去做其他的事情的，不需要进行忙等，I/O操作结束之后，会向CPU发出一个中断请求,CPU在每一个指令结束的末尾都会执行一个中断检查，此时有没有中断请求的到来，若是有此时就会转向去处理这个中断请求，ＣＰＵ处理完这个中断请求会去继续处理之前的那个指令，或者继续发出一个Ｉ／Ｏ指令,

DMA控制方式
下图也是我们第六章提出过的三总线的结构，其中的DMA 接口(也是一种I/O 接口)就是来管理高速的外部设备的，引入DMA之后，若是CPU向外设发出一次读写命令，指明此次要读或者要写的数据在哪，英爱转存到哪，在那个位置，发出这个指令之后，CPU就会去作其他的事情，I/O设备就去准备数据，然后将数据放在DMA控制器中。每准备好一个字的内容，DMA控制器就会发出一个DMA 请求,接下来DMA控制器会占据一个存取周期，往主存的对应位置写入一个字的数据，若是在存取周期内CPU也想访问主存，要等DMA结束，但一个存取周期一定是比这个CPU执行中断程序的时间要短


若是中型机，大型机上连接着超级多的Ｉ／Ｏ　设备，每一个I/O设备每传完一个数据之后，都会向CPU发出一个中断请求，这样效率也就不高，
通道控制方式
之前介绍的ＤＭＡ方式我们只能连续的读或者写一整块的数据，传送完一整块的数据都需要ＣＰＵ的介入，引入通道之后，我们对数据的存取位置应该输入到那个位置，这些都会变得灵活，只需要提前编好通道程序就可以，只有通道完成一大堆工作之后才需要ＣＰＵ的介入

Ｉ／Ｏ　系统基本组成
主存中即保存通道要执行的程序，又保存CPU要执行的程序，I/o 指令是有指令码的，普通的指令是没有命令码的

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7.1.2 外部设备

显存带宽指的是显存的写入速度，现在我们使用的计算机VRAM 一般比较大的原因是显存中除了作为当前显示侦的缓存，还会用于保存即将渲染的图像数据，对于没有独立显卡的计算机来说通常这个显存没有一个单独的存储芯片，而是分配一片内存作为显存，若是带有独立显卡的电脑，独立显卡内就有一个内存作为显存来使用
显示器



阴极射线管显示器的原理
如下有一个接口电路（也就是I/O接口）键盘输入的信息 或者主机想要显示的信息，先把这些字符的ASCII码写入到显存里面（若是汉字则将机内码）接下来在CRT的控制器的控制下，显存中的数据一个个的发送到字符发生器中，这个自行发生器不仅有控制器而且有一个ROM（用来存放每一个ASCII对应的字形码） 然后将字形信息存放于输出缓冲寄存器中，我们将ASCII转化成字形信息就需要这个字符发生器的作用

打印机
击打式打印机：发票什么的，银行，一般是蓝色的墨，因为是物理打印，所以会留下物理印记，不易仿制

按工作方式分类

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本机主要是注意显存容量的计算，以及显存带宽的计算，

7.2 IO接口

之前我们知识说了IO接口有三个寄存器，这里我们继续给它进行细化，
王道书上说主机测（系统主线）数据的传输方式只能是并行传输的，正确是因为2000年之前都是并行，但是现在正在朝串行转化，一个IO接口时可以连接多个设备的，每一个设备所能识别的命令码是不一样的，只有厂家才能知道它们的设备能识别什么样的命令码，所以通常发出这个命令需要驱动程序的协助，CPU可以使用一种比较笨的方式，不断轮询检查的方法检查这个状态寄存器，也可以通过控制线给CPU 发送一个中断信号，当CPU 检查到一个中断请求信号之后，再来处理这个中断请求，这里将状态寄存器和控制寄存器写道一起是因为当CPU要控制一个设备的时候，CPU 要向设备发送一个命令，我们可以先把这个命令信息放到这个控制寄存器中，当IO控制逻辑取出这个控制寄存器中的信息，我们就没有必要让信息一直存放于控制寄存器中，IO控制逻辑取得设备控制之后，随时向cpu 反映一些工作的状态，因此是同一个寄存器，我们就能重复的利用，有的教材也将命令字也叫做控制字
中断类型号：工作完成和故障的中断类型类型肯定不一样，

接口与端口
由于接口内部会有多个寄存器，会有多个端口，为了确定CPU 访问的是哪一个端口，哪一个寄存器，那么我们也就需要将端口进行编号

统一编制与独立编制

IO接口的分类

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7.3.1 程序查询方式流程图

这里的IO端口就是一个一个的寄存器
这里的预置传输参数 相当于设置一个寄存器，来表明此时有多少字符是未传的，
CPU与I/O 设备时串行工作的，IO设备在干工作的时候，CPU一直在轮询，等工作干完，再次就绪时候，CPU 才可以进行下一次工作

例题
这种程序查询方式若是对慢速的IO设备，整体的CPU性能不会有太多的影响，若是快速的IO设备就可能大量的占据CPU的查询时间

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