系统总线与I/O交互详解:从用户到硬件
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更新于2024-06-30
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"第六周的课程内容主要涵盖了系统总线和系统互连的相关知识,包括I/O操作的实现、I/O硬件与软件的接口以及内核空间的I/O软件。重点讲解了系统总线的组成、功能以及在Intel体系结构中的具体应用。"
在计算机系统中,I/O操作是连接处理器、内存和外部设备的关键环节。本课程分为三大部分来详细介绍这一过程。首先,第一讲关注用户空间的I/O软件,包括I/O子系统概述、文件基础和用户空间的I/O函数,如read和write等,这些函数使得应用程序能够与系统进行数据交换。
第二讲深入到硬件和软件的接口层面,讨论了系统总线及系统互连的重要性。系统总线是连接处理器、内存和I/O设备的通信路径,Intel体系结构下的系统总线通常由处理器总线(也称系统总线或前端总线)和存储器总线两部分组成。系统总线不仅传输数据,还传输地址和各种控制信号。I/O设备和设备控制器通过I/O端口进行交互,而I/O端口的编址方式和I/O控制方式(如程序控制、中断控制、DMA等)则决定了数据传输的方式。
第三讲则关注内核空间的I/O软件,包括与设备无关的I/O层和设备驱动程序,以及中断服务程序。设备驱动程序作为操作系统与硬件之间的桥梁,负责处理设备的具体操作,而中断服务程序则处理来自设备的中断请求,确保系统的正常运行。
系统总线通常由数据线、地址线和控制线三部分构成。数据线用于传递数据,其宽度决定了每次传输的数据量;地址线则决定了可寻址的最大空间;控制线则携带各种控制信号,如时钟同步、设备请求、允许信号、中断请求和响应等,确保数据和指令的正确传输。在总线裁决和定时方面,早期的总线可能需要通过竞争来决定使用权,而现在多采用点对点传输,简化了这一过程,而总线定时则规定了数据传输的时间间隔和顺序。
通过这三部分的学习,学生将全面理解I/O操作的全貌,包括用户空间如何发起I/O请求,硬件如何响应,以及内核如何管理这些请求,同时对系统总线的功能和组成有深入的认识,这对于理解和设计高效、可靠的计算机系统至关重要。
2021-05-19 上传
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