【计算机】计算机体系结构（全书4）.pptVIP

计算机系统结构 第一章 基本概念 第二章 指令系统 第三章 存储系统 第四章 输入输出系统 第五章 标量处理机 第六章 向量处理机 第七章 互连网络 第八章 并行处理机 第九章 多处理机 第四章 输入输出系统 4.1 输入输出原理 4.2 中断系统 4.3 通道处理机 4.4 输入输出处理机 4.1 输入输出原理 4.1.1 输入输出系统的特点 输入输出系统涉及到机、光、电、磁、声、自动控制等多种学科。 用户无需了解输入输出系统和输入输出设备的具体细节就能使用输入输出设备。 处理机的外部世界包括：本地和远程用户、系统操作员、操作控制台、输入输出设备、辅助存储器、其它处理 机、各种通信设备和虚拟现实系统等。 输入输出系统的特点主要是异步性、实时性和设备无关性。 1.异步性 外设相对于处理机通常是异步工作的，外设通常不使用统一的中央时钟，各个外设按照自己的时钟工作，但在某些时刻接受处理机的控制。 当一个处理机管理多台外设时，在处理机与外设的任意两次I/O操作时刻之间，处理机应该能运行它自己的程序，或者管理其他外设，从而保证处理机与外设之间、外设与外设之间能够并行工作。 2.实时性 处理机必须按不同外设要求的传输方式和传输速率为外设提供实时的I/O操作服务，否则就可能丢失数据。 3.设备无关性 处理机无需了解各种外设特定的工作细节，只需通过少量的标准接口就可以连接品种繁多的外设和对各种外设进行管理。 4.1.2 输入输出系统的组织方式 针对异步性，采用自治控制的方法 针对实时性，采用层次结构的方法 针对与设备无关性，采用分类处理方法 1、自治控制 输入输出系统是一个独立于处理机之外的自治系统处理机与外围设备之间要有恰当的分工 2、层次结构 最靠近处理机的是输入输出处理机、输入输出通道等中间层是标准接口标准接口通过设备控制器与输入输出设备相连接设备控制器控制外围设备工作 3、分类组织 为面向字符的设备（character-oriented device）；指工作速度比较低的机电类设备。例如，字符终端、打字机等面向数据块的设备主要指工作速度比较 4.1.3 基本输入输出方式 对于工作速度、工作方式和工作性质不同的外围设备，基本输入输出方式有如下三种。 1、程序控制输入输出方式 程序控制输入输出方式：又称为状态驱动输入输出方式、应答输入输出方式、查询输入输出方式、条件驱动输入输出方式等 程序控制输入输出方式的4个特点： (1) 何时、对何设备进行输入或输出操作受CPU控制 (2) CPU要通过指令对设备进行测试才能知道设备的工作状态。空闲、准备就绪、正在忙碌等 (3) 数据的输入和输出都要经过CPU (4) 用于连接低速外围设备，如终端、打印机等 2、中断输入输出方式 中断输入输出方式的定义如下： 当出现来自系统外部，机器内部，甚至处理机本身的任何例外的，或者虽然是事先安排的，但出现在现行程序的什么地方是事先不知道的事件时，CPU暂停执行现行程序，转去处理这些事件，等处理完成后再返回来继续执行原先的程序。 中断输入输出方式的特点： (1) CPU与外围设备能够并行工作 (2)能够处理例外事件。 (3) 数据的输入和输出都要经过CPU (4) 灵活性好 (5) 用于连接低速外围设备 3、直接存储器访问（DMA）方式 直接存储器服务方式又称为DMA（Direct Memory Access）方式，这种输入输出方式主要用来连接高速外围设备。例如，磁盘存储器，磁带存储器等 DMA方式具有如下特点： (1) 外围设备访问请求直接发往主存储器 (2) 不需要CPU进行保存现场和恢复现场 (3) DMA控制器中，需设置数据寄存器、设备状态或控制寄存器、主存地址寄存器、设备地址寄存器和数据交换个数计数器 4.2中断系统 4.2.1 中断源的组织 引起中断的各种事件称为中断源。 1. 中断源的种类 常见的中断源有如下几种类型： （1）由外围设备引起的中断。 （2）由处理机产生的中断。 （3）由存储器产生的中断。 （4）由控制器产生的中断。 （5）由总线产生的中断。 （6）实时过程控制产生的中断。 （7）实时钟的定时中断。 （8）多处理机中，从其他处理机发送来的中断，控制台开关中断等。 （9）程序调试过程中，执行完一条指令或程序运行到一个事先设置的断点时，通过中断进入监控程序，以便对被调试程序进行跟踪或监测。 （10）硬件故障中断。 （11）电源故障中断。 2. 中断源的分类组织 IBM公司的机器通常把中断