输入输出-中断-总线-可靠性

• 输入输出技术

• 计算机系统中存在多种内存与接口地址的编制方式，常见的是下面两种：

  1. 内存与接口地址独立编址方法
     内存地址和接口地址是两个完全独立的两个地址空间。访问数据时所使用的指令也完全不同，用于接口的指令只用于接口的读/写，其余的指令全都是用于内存的。因此，在编程序或读程序时很容易使用和辨认。这种编址方法的缺点是用于接口的指令太少、功能太弱。
  2. 内存与接口地址统一编址方法
     内存地址与接口地址统一在一个公共的地址空间里，既内存单元和接口共用地址空间。优点是原则上用于内存的指令全都可以用于接口，这就大大的增强了对接口的操作功能，而且在指令上也不再区分内存或接口指令。该编址方法的缺点就在于整个地址空间被分成两部分，其中一部分分配给接口使用，剩余的为内存所用，这经常会导致内存地址不连续。

• 计算机和外设间的数据交互方式

• 程序控制（查询）方式：CPU主动查询外设是否完成数据传输，效率极低。

• 程序中断方式：外设完成数据传输后，向CPU发送中断，等待CPU处理数据，效率相对较高。中断响应时间指的是从发出中断请求到开始进入中断处理程序；中断处理时间指的是从中断处理开始到中断处理结束。中断向量提供中断服务程序的入口地址。多级中断嵌套，使用堆栈来保护断点和现场。

• DMA方式（直接主存存取）：CPU只需完成必要的初始化等操作，数据传输的整个过程都由DMA控制器来完成，在主存和外设之间建立直接的数据通路，效率很高。

• 在一个总线周期结束后，CPU会响应DMA请求开始读取数据；CPU响应程序中断方式请求是在一条指令执行结束时。
  

• 总线结构

• 总线（Bus），是指计算机设备和设备之间传输信息的公共数据通道。总线是连接计算机硬件系统内多种设备的通信线路，它的一个重要特征是由总线上的所用设备共享，因此可以将计算机系统内的多种设备连接到总线上。

• 从广义上讲，任何连接两个以上电子元器件的导线都可以成为总线，通常分为以下三类：

  1. 内部总线：内部芯片级别的总线，芯片与处理器之间通信的总线。
  2. 系统总线：是板级总线，用于计算机内各部分之间的连接，具体分为数据总线（并行数据传输位数）、地址总线（系统可管理的内存空间的大小）、控制总线（传送控制命令）。代表的有ISA总线、EIAS总线、PCI总线。
  3. 外部总线：设备一级的总线，微机和外部设备的总线。代表的有RS232（串行总线）、SCSI（并行总线）、USB（通用串行总线，即插即用，支持热插拔）。

• 计算机可靠性

• 可靠性指标
  平均无故障时间MTTF=1/失效率。
  平均故障修复时间MTTR=1/修复率。
  平均故障间隔时间MTBF=MTTF+MTTR。
  系统可用性=MTTF/（MTTF+MTTR）* 100%

• 串并联系统可靠性
  无论是什么系统，都是由多个设备组成，协同工作，而这多个设备的组合方式可以是串联、并联，也可以是混合模式，假设每个设备的可靠性为R1，R2……Rn，则不同的系统的可靠性公式如下：

  1. 串联系统：一个设备不可靠，整个系统崩溃
     
  2. 并联系统：所有设备都不可靠，整个系统才崩溃
     
     

• N模冗余系统：N模冗余系统由N个（N=2n+1）相同的子系统和一个表决器组成，表决器把N个子系统中占多数相同结果的输出作为输出系统的输出。在N个子系统中，只要由n+1个或者n+1个以上子系统能正常工作，系统就能正常工作，输出正确的结果。