计算机组成原理：输入输出系统与总线控制

"计算机组成原理课件 第10章输入输出系统.ppt" 在计算机科学中，输入输出（I/O）系统是计算机硬件的关键组成部分，它负责数据在中央处理器（CPU）、内存和外部设备间的传输。本章主要讨论了计算机组成原理中的I/O系统，特别是与总线相关的知识。 首先，总线是计算机系统中不同组件间通信的物理通道，它分为不同的类型。内部总线用于CPU内部组件间的通信，系统总线连接CPU与内存和高速外围设备，而I/O总线则用于中低速设备之间的连接。根据位置，总线可分为片内和片外；按信息类别，有地址总线、数据总线和控制总线；按传输方向，有单向和双向；按层次结构，包括CPU总线、存储总线、系统总线和外部总线。 总线的特性包括物理特性、功能特性和电气特性。物理特性涉及总线的物理布局，如引脚数量和排列。功能特性定义了每条线的作用，例如地址总线宽度决定可寻址的内存大小，数据总线宽度影响每次传输的数据量，而控制总线则包含各种指令、请求和信号。电气特性规定了信号的电压水平和传输方向。 在I/O接口部分，讲解了串行和并行总线接口的区别。串行总线逐位传输数据，适合长距离传输，而并行总线同时传输多位数据，速度更快但布线复杂。同步和异步是两种通信方式，同步方式下，发送和接收端保持严格的时钟同步，而异步方式则允许一定的时钟差异。 I/O控制方式包括程序查询方式、中断方式和DMA（直接存储器访问）方式。程序查询方式由CPU主动询问设备状态，效率较低。中断方式允许设备在完成任务后通知CPU，提高了处理效率。DMA方式则允许设备直接与内存交换数据，无需CPU干预，进一步提升了速度。 在中断方式中，学习了中断判优电路的设计和分析，中断系统可以处理多个设备同时请求服务的情况。此外，还讨论了如何通过链式查询、计数器定时查询和独立请求这三种方式来管理总线控制。 本章内容全面覆盖了总线系统的基础知识，包括其概念、分类、特性、操作与时序，以及I/O接口和数据传输方式，旨在帮助学生理解和掌握计算机系统中数据交换的核心机制。通过对这些内容的理解，可以深入洞悉计算机硬件的运作原理，为后续的系统设计和优化打下坚实基础。