计算机组成原理学习（哈工大视频）第五章

输入输出系统
5.1概述
5.1.1输入输出系统的发展概况
早期：分散连接，CPU和I/O设备 串行工作
接口模块和DMA（直接存储器存取）阶段：总线连接，CPU和I/O 设备 并行工作（中断方式和DMA方式）
具有通道结构的阶段：通道可以看做简单的处理器或者小型的功能更强的DMA处理器，可以处理通道程序，通道具有自己的指令系统，通过处理通道程序，可以使连接到通道上的I/O设备直接和主机实现信息传输
具有I/O处理机的阶段：在现代大型设备上，可以使用微处理器直接作为I/O处理机使用，控制I/O设备工作。
随着I/O设备发展，输出输出系统逐渐的从CPU中分离出来，外部设备的独立性越来越强。

5.1.2输入输出系统的组成
I/O软件：I/O指令（CPU指令的一部分，其组成格式是：操作码|命令码|设备码，其中操作码相当于I/O指令的标志，表示这个指令是I/O指令，命令码相当于CPU普通指令中的 操作码，指出对I/O设备做什么操作，设备码相当于I/O设备或其寄存器的的地址），通道指令（通道自身的指令，小型的DMA处理机，能够实现I/O设备和主机之间直接传送，通道有自己的控制器，甚至存储器，可以直接执行自己的通道指令或通道程序。通道指令要指出数组的首地址，传送字数，操作命令）
I/O硬件：设备，I/O接口，或者设备，设备控制器，通道

5.1.3I/O设备与主机的联系方式（I/O设备有自己的地址，故主机要和设备联系，首先要有设备的地址）
I/O设备编址方式：统一编址（把I/O设备的地址看成内存地址的一部分，故CPU可以直接利用取数、存数指令对I/O设备进行操作），不统一编址（在内存地址之外，专门设置一个地址空间，要用专用的I/O指令进行操作）
设备选址：用设备选择电路识别设备是否被选中（把指令的地址和I/O设备保存的地址进行比较，相同，则该设备被选中）
传送方式：串行（数据一位一位的进行传输，速度比价慢，但适合远程传输），并行（同时有多位数据在数据线上进行传输）
联络方式：
立即响应（对一些结构简单的设备，对于数据可以直接进行显示）；
异步工作采用应答信号：

同步工作采用同步时标
I/O设备和主机之间的连接方式：
辐射式连接：每增加一个I/O设备，要配套增加一个控制电路

总线连接：外部设备通过接口和主机进行连接，便于增删设备，实现I/O设备的易于移植

5.1.4I/O设备与主机信息传送的控制方式
程序查询方式（CPU和外设是通过串行方式工作）：CPU向I/O设备发出指令后，要等待设备准备好（这个时间比较长）。这段时间内CPU只能一直查询设备是否准备好，处于等待状态，不能做其他的事情，导致CPU的效率非常低。这种方式，内存要和设备进行交换时，必须经过CPU

程序中断方式（CPU实现了和外设部分的并行工作，既外设在准备数据时，CPU可以依旧工作。将I/O工作分为两个阶段，自身准备（CPU不查询）和与主机交换信息（CPU暂停现行程序，为I/O设备服务），故实现CPU在设备准备阶段，依然正常执行主程序，不会出现长时间等待。但在数据的传输过程中，主程序依旧需要暂停，CPU为设备服务。依旧是CPU位于内存和外设之间，故所有的数据传输都需要经过CPU）：