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计算机组成原理——I/O

I/O接口的典型结构
⚫ 内部结构
– 数据寄存器 ：保存微处理器与外设之间交换的数据
– 状态寄存器 ：保存外设当前的工作状态信息
– 控制寄存器 ：保存微处理器控制接口电路和外设操作的有关信息
⚫ 外部特性
– 面向微处理器一侧的信号：与微处理器总线类似
– 面向外设一侧的信号：与外设有关
计算机组成原理——I/O_第1张图片
⚫ I/O端口（Port）泛指I/O地址，对应I/O接口寄存器
⚫ 一个接口电路可以具有多个I/O端口，每个端口用来保存和交换不同的信息
⚫ 数据寄存器、状态寄存器和控制寄存器占有的I/O地址常依次被称为数据端口、 状态端口和控制端口，用于保存数据、状态和控制信息
⚫ 输入、输出端口可以是同一个I/O地址
⚫ 接口电路占用的I/O端口有两类编排形式
– I/O端口单独编址
– I/O端口与存储器统一编址
计算机组成原理——I/O_第2张图片
计算机组成原理——I/O_第3张图片

计算机组成原理——I/O_第4张图片
CPU和外设之间信息交换的方式
⚫ 程序控制下的数据传送
– 通过CPU执行程序中的I/O指令来完成传送
– 程序查询方式
– 程序中断方式
⚫ 直接存储器存取DMA方式
– 外设经DMA控制器向CPU申请总线，由DMA控制器利用系统总线完成外设和存储器间的 数据传送
⚫ 通道方式
– 通道(I/O处理器)管理外设，完成传送和数据处理
⚫ 外围处理机方式
– 通道方式的进一步发展，基本独立于主机工作
计算机组成原理——I/O_第5张图片
计算机组成原理——I/O_第6张图片
DMA传送过程
1. CPU对DMA控制器进行初始化设置
2. 外设、DMAC和CPU三者通过应答信号建立联系：CPU将总线交 给DMAC控制
3. DMA传送
– DMA读存储器：存储器 → 外设
– DMA写存储器：存储器 ← 外设
4. 自动增减地址和计数，判断传送完成否
计算机组成原理——I/O_第7张图片
计算机组成原理——I/O_第8张图片
计算机组成原理——I/O_第9张图片
计算机组成原理——I/O_第10张图片
通道的类型
⚫ 选择通道
– 多个设备不能同时工作，在某一段时间内只能选择一个设备进行工作
– 只包含一个子通道
⚫ 多路通道
– 在一段时间内能交替执行多个设备的通道程序
– 包含若干个子通道
– 数组多路通道 ：以数据块为基本单位与设备进行数据传送
– 字节多路通道 ：以字节为基本单位与设备进行数据传送

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