输入输出系统的发展概况

🌈 输入输出系统发展的 4 个阶段

输入输出系统的组成

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

• 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

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

• 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

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

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

I/O 设备

概述

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

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

接口的功能和组成

I/O 接口的基本组成

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

接口类型

程序查询方式

程序查询流程

程序查询方式的接口电路

🔔 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

程序中断方式

中断的概念

🌈 中断的概念

🌈 中断的分类

🌈 中断请求标记

I/O 中断的产生

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

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

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

程序中断方式接口电路的基本组成

I/O 中断处理过程

CPU 响应中断的条件和时间

I/O 中断处理过程

中断服务程序流程

中断隐指令

硬件向量法

中断服务程序

单重中断和多重中断

单重中断和多重中断的服务程序流程

🌈 程序中断接口芯片 8259A 的内部结构

🌈 主程序和服务程序抢占 CPU 示意图