计算机组成原理：I/O系统与信息交换方式详解

在计算机组成原理的第八章，即“输入输出系统”中，主要探讨了计算机与外部设备之间的交互过程，以及如何确保高效和灵活的信息传输。章节内容涵盖了以下几个关键知识点： 1. 输入输出系统概述： - I/O系统是计算机硬件与外部设备之间进行数据交换的关键组件，它负责管理和协调这些设备的通信。 2. 外设定时方式： - 根据外设的速度，讨论了三种不同的定时方式：对于速度极慢或简单的设备，可能采用无定时方式；对于中速设备，可能通过软件或硬件定时来同步数据传输；而高速设备通常依赖于更高级的定时机制，如DMA（直接内存访问）或硬件辅助的定时。 3. 主机与外设连接方式： - 主机与外设的连接方式有辐射式、总线式和通道式： - 辐射式接口早期限制了系统的扩展性，但现今已被总线式设计取代，后者提供更好的扩展能力。 - 总线式接口利用共享总线连接多个设备，有利于系统的模块化和扩展。 - 通道则是更为高级的I/O管理方式，通过专用的硬件逻辑实现并行处理，显著提升了系统的性能。 4. 信息交换方式： - 提供了四种主要的信息交换方法： - 程序查询：CPU主动查询设备状态，完成数据传输。 - 程序中断：当设备准备好数据时，中断CPU的执行流程，转而处理I/O请求。 - DMA：允许设备直接从内存读写数据，减轻CPU负担。 - 通道：使用专门的硬件组件，实现独立于CPU的I/O操作，进一步提高效率。 5. I/O指令编程与中断服务程序： - 用户可以通过I/O指令编程来控制设备操作，而中断服务程序则用于响应外设中断，处理I/O任务。 总结来说，第八章深入剖析了输入输出系统的核心概念和技术，包括外设的定时策略、连接方式的选择以及不同信息交换方式的特点和应用，这对于理解计算机硬件的体系结构以及优化系统性能至关重要。通过学习这部分内容，学生可以掌握如何有效地设计和管理计算机与外部设备的交互，提升整个系统的性能和可靠性。