计算机组成原理考研复试复习-5

第七部分：IO系统

1，IO接口是什么？

 IO接口是主机与外设的交界面，实现主机与外设的信息交换，为一片芯片集成于主板之上。

2，IO接口的作用是什么？（按执行顺序）

（1）进行地址译码和设备选择

（2）传送控制命令和状态信息

（3）由于主机与外设之间的速度差异，IO接口具有缓冲作用。

（4）信号格式转换（外设：串行，内部：并行）

 

3，IO接口的类型？

按照数据传送方式：并行接口和串行接口

访问IO设备的控制方式分为：程序查询接口、中断接口、DMA接口

按照功能选择的灵活性可分为：可编程接口和不可编程接口。

4，IO接口的结构

（1）IO端口：

接口中直接可以被CPU访问的寄存器，包括数据端口（数据缓冲寄存器）、状态/控制寄存器（状态信息可控制信息不在同一时间传送所以可以共用同一个寄存器）

（2）IO端口的编址方式：

1⃣️、统一编址：

与内存使用连续的存储空间，IO端口看作普通的存储单元、可以使用统一的输入输出指令，CPU访问IO更加方便，但是占用了主存的地址空间使主存的存储空间变小。

2⃣️、独立编制：

与内存的存储空间独立，不占用内存的地址空间，需要专门的IO指令来访问IO端口，增加了控制的复杂性。

5，IO接口如何与主机交换信息？

三种IO方式：

（1）查询方式

在IO设备工作时，CPU处于忙等状态，即一直循环查询IO接口的数据端口，看数据是否已经准备好了，在这种情况下，IO设备与CPU只能串行工作，效率低。

（数据流向：IO设备->CPU->内存、传送的数据的单位：一个字）

（2）中断驱动方式

在这种情况下IO设备与CPU并行工作，在IO设备准备好数据之后，主动打断CPU的运行

（数据流向：IO设备->CPU->内存，传送的数据单位：一个字）

中断处理过程（可以实现多重中断的情况下）？

关中断

保存断点：将PC的值压入栈中

中断服务程序寻址：硬件产生向量地址（中断类型号）、再由中断向量地址找到入口地址

保存现场和屏蔽字

开中断（接受其他中断）

执行中断服务程序

关中断

恢复现场和屏蔽字

开中断

中断返回

注：前三个步骤由硬件完成，所以又称为中断隐指令

 

如何实现多重中断？

设置中断处理优先级，每一个中断源都有一个屏蔽字，通过屏蔽字来决定中断之间的优先处理次序，使优先级高的中断可以打断优先级低的中断。并且中断屏蔽字是可以动态改变的。

当多个设备发出中断请求时应该先处理哪一个？

设置中断响应优先级，通过硬件排队电路来决定顺序。

 

（3）DMA（Direct Memory Access）方式：

内存与DMA接口之间有一条直接的数据通路，方便DMA访问内存，DMA控制器直接对总线进行控制，数据交换不需要进过CPU，直接在DMA与主存之间进行，进一步解放CPU，CPU只需要在传送1个或多个数据块的开始或结束的时候才进行干预，在一批数据结束之后DMA控制器发出中断。

DMA的对总线使用权大于CPU，对CPU的存取周期进行挪用。

（数据流向：IO设备->内存）

（4）通道方式

通道是一种小型的处理机，在使用通道之前，cpu将相应的通道程序存入内存中，然后向通道发出指令，指明了通道程序所在的位置，以及进行操作的IO设备。

可以对一组数据进行读写，完成之后向CPU发出中断请求信号。

IO指令和通道指令的区别？

IO指令由CPU执行，通道指令由通道执行，在有通道的CPU中，IO指令不直接控制数据的传送。

6，外部设备

（1）显存：（显卡的存储容量）

最小容量（存储一帧）=分辨率✖️灰度级位数（色彩位数）

（2）外存（磁盘）

磁盘的平均存储时间 = 寻道时间+旋转延迟+传输时间