计算机组成原理：输入输出系统详解

"《计算机组成原理》第四版王爱英课件，内容涵盖第10章输入输出(I/O)系统，包括I/O系统概述、程序中断输入输出方式、DMA输入输出方式、通道控制方式、外围处理机方式、总线结构和外设接口。课件详细讲解了设备控制器的工作原理以及与主机间的数据传输协议。" 在计算机系统中，输入输出（I/O）系统是连接硬件设备与中央处理器（CPU）的关键部分，使得数据能够有效地在两者之间传输。《计算机组成原理》第四版中，王爱英教授详细阐述了I/O系统的基础知识，包括I/O设备的编址、设备控制器的功能以及不同的I/O控制方式。 10.1 输入输出(I/O)系统概述： I/O系统由外部设备（如输入输出设备和辅助存储器）和设备控制器（如磁盘控制器、打印机控制器）组成。设备控制器，有时也被称为设备适配器或接口，其主要任务是协调和控制数据在主机与外部设备之间的传输。系统总线是设备控制器与主机之间交换信息的通道，它定义了数据传输的协议。 10.1.1 输入输出设备的编址及设备控制器的基本功能： 设备编址是CPU识别和选择I/O设备的关键，通过设备代码进行标识。有两种寻址方法：一是通过专用的I/O指令，如IN和OUT，指定设备代码；二是利用访存指令，将部分内存地址分配给I/O设备，当访问这些地址时，CPU实际上是在与I/O设备交互。例如，IBM PC系列机设有专门的I/O指令，可编址512个设备。 设备控制器的基本功能包括： 1. 数据传输控制：同步控制确保数据正确无误地传输，设备选择允许CPU选择要与哪个设备通信，中断控制则允许设备主动请求CPU的注意。 2. 数据缓冲：由于CPU和外设速度不一致，接口中的缓冲寄存器可以存储数据，等待合适的时机传输，实现速度匹配。 3. 直接存储器访问（DMA）：某些设备如硬盘控制器，具备直接访问内存的能力，无需CPU介入，提高数据传输效率。 此外，课件还涵盖了程序中断输入输出方式、DMA方式、通道控制方式和外围处理机方式，这些都是实现高效I/O操作的重要机制。每种方式都有其独特的优点和适用场景，如中断方式允许CPU在等待I/O操作完成时执行其他任务，而DMA方式则减少了CPU的参与，提高了系统的并行性。 10.5 总线结构： 系统总线是连接CPU、内存和外设的物理线路，分为数据总线、地址总线和控制总线，它们分别负责传输数据、设备地址和控制信号。 10.6 外设接口： 外设接口是CPU与外设间的桥梁，它包含了必要的逻辑电路，用于处理设备的控制信号、状态信息和数据传输。 通过学习这一章的内容，读者可以深入理解计算机系统中I/O操作的本质，以及如何通过各种机制优化数据传输，提高系统性能。