概述

输入输出系统的发展概况

🌈 输入输出系统发展的 4 个阶段
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输入输出系统的组成

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I/O 设备与主机的联系方式

1️⃣ I/O 设备编址方式

  • 统一编址：将 I/O 地址看作存储器地址的一部分

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  • 不统一编址：I/O 地址和存储器地址是分开的，所以对 I/O 设备的访问必须有专门的 I/O 指令

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2️⃣ 设备寻址
每台设备都赋予一个设备号，启动某设备时，可以由 I/O 指令的设备码字段直接指出设备的设备号。
3️⃣ 传送方式

  • 并行：同一瞬间，n 位信息同时从 CPU 输出到 I/O，或者从 I/O 输入 CPU。速度快，单要求的数据线多。
  • 串行：同一瞬间只传送一位信息，在不同时刻连续逐位传送一串信息。速度较慢，但只需要一根数据线和一根地线。

4️⃣ 联络方式

  • 立即相应方式
  • 异步工作采用应答信号联络：I/O 与主机速度不匹配，采用异步方式。在交换信息前，I/O 设备和CPU各自完成自身的任务，一旦出现联络信号，彼此才准备交换信息。
  • 同步工作采用同步时标联络：I/O 设备与 CPU 的工作速度完全同步。

5️⃣ I/O 设备与主机的连接方式

  • 辐射式：每台设备都配有一套控制线路和一组信号线。不便于增删设备

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  • 总线式：便于增删设备

    I/O设备与主机信息传送的控制方式

    程序查询方式

  • CPU 和 I/O 串行工作

  • 踏步等待

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程序中断方式

  • CPU 和 I/O 并行工作
  • 没有踏步等待现象，中断现行程序

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DMA 方式

  • 主存和 I/O 之间有一条直接数据通道
  • 不中断现行程序，而是中断访存，如果 CPU 需要进行访存操作则需要等待一个存取周期
  • 周期挪用（周期窃取）

  • CPU 和 I/O 并行工作

    三种方式的 CPU 工作效率比较

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    I/O 设备

    概述

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    外部设备大致分三类：

  • 人机交互设备：键盘、鼠标、打印机、显示器

  • 计算机信息存储设备：磁盘、光盘、磁带

  • 机——机通信设备：调制解调器等

    输入设备

  • 键盘

    • 按键
    • 判断哪个键按下
    • 将此键翻译成 ASCII 码（编码键盘法）
  • 鼠标
    • 机械式：金属球，点位器
    • 光电式：光电转换器

  • 触摸屏

    输出设备

  • 显示器

    • 字符显示：字符发生器
    • 图形显示：主观图像
    • 图像显示：客观图像

  • 打印机

    • 击打式：点阵式（逐字、逐行）
    • 非击打式：激光（逐页）喷墨（逐字）

      其他

  • A/D、D/A：模拟/数字（数字/模拟）转换器

  • 终端：由键盘和显示器组成。完成显示控制与存储、键盘管理及通信控制

  • 汉字处理：汉字输入、汉字存储、汉字输出

    多媒体技术

    I/O 接口

    概述

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    为什么要设置接口？

  • 实现设备的选择

  • 实现数据缓冲达到速度匹配
  • 实现数据串——并格式转换
  • 实现电平转换
  • 传送控制命令

  • 反映设备的状态（“忙”、“就绪”、“中断请求”）

    接口的功能和组成

    总线连接方式的 I/O 接口电路

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    接口的功能和组成

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    I/O 接口的基本组成

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    1️⃣ 内部接口：内部接口与系统总线相连，实质上是与内存、CPU 相连。数据的传输方式只能是并行传输。
    2️⃣ 外部接口：外部接口通过接口电缆与外设相连，外部接口的数据传输可能是串行方式，因此 I/O 接口需具有串/并转换功能。
    🌈 外部接口的工作流程
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    接口类型

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    程序查询方式

    程序查询流程

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    程序查询方式的接口电路

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    🔔 CPU 与 I/O 接口之间的信息传送发生在 CPU 的寄存器和 I/O 接口的 DBR 之间，单位是一个字

    例题

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    程序中断方式

    中断的概念

    🌈 中断的概念
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    🌈 中断的分类
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    🌈 中断请求标记
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    I/O 中断的产生

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    为了提高计算机的整机效率，应付突发事件，实时控制的需要，在计算机技术的发展过程中出现了中断技术。为了实现中断，计算机系统中必须配有相应的中断系统或中断机制。

    程序中断方式的接口电路

    配置中断请求触发器和中断屏蔽触发器

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    排队器

    分为硬件排队器和软件排队器
    🌈 排队器电路/链式排队器
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    中断向量地址形成部件

    入口地址：由软件产生 / 硬件向量法
    由 硬件 产生 向量地址
    再由 向量地址 找到 入口地址
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    程序中断方式接口电路的基本组成

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    I/O 中断处理过程

    CPU 响应中断的条件和时间

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    I/O 中断处理过程

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    中断服务程序流程

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    中断隐指令

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    硬件向量法

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    中断服务程序

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    单重中断和多重中断

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    单重中断和多重中断的服务程序流程

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    🌈 程序中断接口芯片 8259A 的内部结构
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    🌈 主程序和服务程序抢占 CPU 示意图
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    DMA 方式

    DMA 方式的特点

    DMA 和程序中断两种方式的数据通路

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    DMA 与主存交换数据的三种方式

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    DMA 接口的功能和组成

    DMA 接口功能

    1️⃣ 向 CPU 申请 DMA 传送
    2️⃣ 处理总线 控制权的转交
    3️⃣ 管理 系统总线、控制 数据传送
    4️⃣ 确定 数据传送的 首地址和长度；修正 传送过程中的数据 地址 和 长度
    5️⃣ DMA 传送结束时，给出操作完成信号

    DMA 接口组成

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    DMA 的工作过程

    DMA 传送过程

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    DMA 接口与系统的连接方式

    1️⃣ 具有公共请求线的 DMA 请求
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    2️⃣ 独立的 DMA 请求
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    DMA 方式与程序中断方式的比较

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    DMA 接口的类型

    1️⃣ 选择型
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  • 在 物理上 连接 多个 设备

  • 在 逻辑上 只允许连接 一个 设备

2️⃣ 多路型
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  • 在 物理上 连接 多个 设备
  • 在 逻辑上 允许连接 多个 设备同时工作

3️⃣ 多路型 DMA 接口的工作原理
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