计算机体系结构：总线、中断与I/O系统解析

"计算机体系结构的课件第三章涵盖了总线、中断与I/O系统的详细讲解，旨在帮助学习者理解计算机内部数据传输与控制的核心机制。" 在计算机体系结构中，第3章深入探讨了以下几个关键知识点： 1. 输入输出系统(I/O系统)概述： I/O系统是计算机与外部设备交互的桥梁，它包括I/O设备、设备控制器以及相关的软硬件。随着计算机技术的发展，I/O操作经历了从早期程序员直接控制到现代操作系统介入的转变。现在的I/O系统由用户通过操作系统发起请求，OS负责设备分配和I/O处理，以优化资源利用和提高效率。I/O系统的发展大致分为三个阶段：程序控制I/O、直接存储器访问(DMA)和I/O处理机（如通道和外围处理机）。 2. 程序控制I/O： - 全软件控制：所有I/O操作都由CPU执行，效率较低。 - 程序查询状态驱动：CPU不断检查设备状态，当设备准备就绪时执行I/O操作。 - 中断驱动：设备准备好时，通过中断通知CPU，释放CPU资源。 3. 中断系统： 中断是处理器响应外部事件（如I/O完成）的一种机制。中断分类和分级是为了有效管理不同优先级的事件。中断处理次序的安排和实现涉及中断处理程序中的中断级屏蔽位，确保按照优先级顺序正确处理中断，同时防止不必要的中断打断当前的处理流程。 4. 总线设计： - 按信息传输方向，总线可分为单向和双向传输，其中双向传输又分为半双向和全双向，全双向总线具有更高的传输速率，但设计更复杂。 - 按用途，总线分为专用总线和非专用总线。专用总线连接特定的两部件，具有高效、简单和高可靠性的特点，但可能导致大量的总线连接和高昂的成本。非专用总线可供多个部件共享，降低了硬件成本，但需要复杂的控制逻辑来协调传输。 5. I/O通道和外围处理机： - 通道是一种特殊的硬件，拥有简单的指令集，可以执行通道程序，与CPU并行工作，主要用于处理复杂的I/O操作。 - 外围处理机（PPU）则更加独立和通用，具有更强的处理能力，可以执行更复杂的任务，但它的设计和实现相对复杂。 通过理解这些知识点，读者将能够掌握计算机系统如何有效地与外部设备交互，以及如何通过总线和中断机制优化数据传输和系统响应。这些内容对于深入理解计算机体系结构至关重要。