# Lecture17 - 输入输出

# 外围设备（外设） peripheral device

# 为什么不能把外设连接到系统总线上

外设的传送速度过快和过慢都会造成问题

# IO 模块

中间商 IO 模块连接外设和系统总线

IO 模块属于计算机内部系统

外设不属于计算机内部系统

# 外围设备的接口

控制逻辑 —— 是外围设备的大脑，控制外围设备的操作

缓冲器 —— 用于缓存

转换器 —— 将 01 数据转换成如音频等数据

# IO 模块的功能

# 处理器、设备通信

中间商 IO 模块需要和处理器进行通信

也需要和设备进行通信

# 数据缓冲

处理器的速度和外设的速度不是完全匹配的

所以需要在两者之间做一个缓冲

# 控制和定时

# 检错

# IO 模块的结构

下面的图做了 90 度的旋转

CPU 对外部设备的命令：数据线 —— 状态 / 控制寄存器

外设获得的状态和数据也通过数据线的状态控制寄存器返回

CPU 对 IO 模块的控制：控制线

# 外部接口

哪种用的更多？现在主要用的是串行接口

当使用并行的时候，需要保持信息同步，比较困难。如何防止？一、不要走太远，线的长度不太长；二、两个操作之间的时间间隔长一点，频率不要太高

# IO 操作技术

• 编程式 IO：通过程序处理
• 中断驱动式 IO：根据 IO 发起的中断
• 直接存储器读取：不需要处理器

编程式 IO 不需要中断，其他需要

DMA 不需要处理器干涉，其他需要

# 编程式 IO

CPU 始终参与 IO，不能分身干别的事情。参与率为 100%。不断读取状态信息，不断读进字，并且写入存储器。

# IO 命令

命令：IO 控制外设

# IO 指令

指令：IO 自己的指令？

编址方式：

1. 存储器映射式：缺点是会占用一些存储单元
2. 分离式

# 中断驱动式 IO

和编程式 IO 的区别在于：可以去处理其他工作

IO 模块等到消息之后，再告诉 CPU 去处理

为什么会有中断允许和中断禁止？能够一下子保存完现场吗？不能，搬家的时候不能被打断，此时禁止中断，搬回来恢复现场的时候，也需要禁止中断。

响应优先级 —— 更快地抢到位置，小伙子

处理优先级 —— 最后能够获得这个位置，老太太

响应和处理优先级都很高，说明是个腿脚麻利的老太太

中断只会识别比自己处理优先级更高的中断，小伙子要给老太太让座

有好多中断，先筛选出处理优先级比自己高的，优先响应响应优先级最高的，最后拿到的是处理优先级最高的

掩码字表示谁可以屏蔽谁，表格中，行能否屏蔽列的（根据处理优先级）

# 直接存储器存取 DMA

CPU 和 DMA 都需要访问内存，DMA 比 CPU 优先，DMA 一般连接的是高速外设，如果不写入存储，会被冲突掉。

# CPU 停止法

高速 IO 设备一般不会持续传入数据，DMA 占用期间，内存没有被有效利用

# 周期窃取

# 交替分时访问

周期的固定时间给 CPU，周期的后半段给 DMA

# DMA 配置机制：单总线分离 DMA

# DMA 配置机制：单总线集合的 DMA-IO

# DMA 配置机制：IO 总线

# DMA 示例：硬盘存取

CPU 仍然有比较高的参与度

# IO 模块的演变