io设备与cpu和存储器的连接

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1、6.5I/O设备与CPU和存储器的连接1.通过接口将许多子系统连接起来2.接口使用得最多的就是总线3.输入输出方式◆直接传送◆程序查询◆中断◆DMA◆通道第六章输入/输出系统6.5.1总线优点：低成本、多样性缺点：必须独占使用，造成了设备信息交换的瓶颈，从而限制了系统中总的I/O吞吐量。1.总线的设计6.5I/O设备与CPU和存储器的连接选择高性能低价格总线宽度独立的地址和数据总线分时复用数据和地址总线数据总线宽度越宽越快（例如：64位）越窄越便宜（例如：8位）传输块大小块越大总线开销越小每次传送单字总线主设备

2、多个（需要仲裁）单个（无需仲裁）分离事务采用不用定时方式同步异步6.5I/O设备与CPU和存储器的连接(1)分离事务总线在有多个主设备时，总线通过数据打包来提高总线带宽，而不必在整个传输过程中都占有总线。地址地址1地址2地址3数据数据0数据1等待等待1完成16.5I/O设备与CPU和存储器的连接(2)同步总线同步总线上所有设备通过统一的总线系统时钟进行同步。优点：成本低，因为它不需要设备之间互相确定时序的逻辑。缺点：总线操作必须以相同的速度运行。(3)异步总线异步总线上的设备之间没有统一的系统时钟，设备自己内部

3、定时。6.5I/O设备与CPU和/存储器的连接2.总线标准和实例几种常用并行I/O总线IDE/UltraATASCSIPCIPCI-X数据宽度16bit8/16bit32/64bit32/64bit时钟频率MHz10010（Fast）20（Ultra）40（Ultra2）80（Ultra3）160（Ultra4）33/6666/100/133主设备数量一个多个多个多个峰值带宽200MB/s320MB/s533MB/s1066MB/s同步方式异步异步同步同步标准无ANSIX3.131无无几种常用串行I/O总线I2

4、C1-wireRS-232SPI数据宽度（bit）1121信号线数量219/253时钟频率（MHz）0.4～10异步0.04或异步异步总线主设备数量多个多个多个多个峰值带宽（Mb/s）0.4～3.40.0140.1921同步方式异步异步异步异步标准无无EIA,ITU-TV.21无6.5I/O设备与CPU和存储器的连接几种CPU-存储器互连系统HPHyperPlaneCrossbarIBMSPSUNGigaplane-XB数据宽度(bit)64128128时钟频率(MHz)12011183.3总线的主设备数多个多

5、个多个每端口峰值带宽(MB/s)96017001300总峰值带宽(MB/s)76801420010667同步方式同步同步同步标准无无无6.5I/O设备与CPU和存储器的连接6.5.2设备的连接1.典型的总线连接CPUCache主存I/O控制器图形显示I/O控制器I/O控制器总线适配器网络CPU－主存总线I/O总线6.5I/O设备与CPU和存储器的连接2.CPU寻址I/O设备的方式◆存储器映射I/O或统一编址◆I/O设备单独编址无论选择哪一种编址方法，每个I/O设备都提供状态寄存器和控制寄存器。3.设备的连接和工

6、作方式直接传送、程序查询、中断、DMA、I/O处理机6.5I/O设备与CPU和存储器的连接4.程序控制、中断和DMA方式管理外围设备会引起两个问题：◆所有外围设备的I/O工作全部都要由CPU来承担，CPU的I/O负担很重，不能专心于用户程序的计算。◆大型计算机系统中的外围设备台数虽然很多，但是一般并不同时工作。解决上述问题的方法：采用通道处理机6.5I/O设备与CPU和存储器的连接6.5.3通道通道处理机能够负担外围设备的大部分I/O工作。通道处理机：能够执行有限I/O指令，并且能够被多台外围设备共享的小型DM

7、A专用处理机。1.通道的功能6.5I/O设备与CPU和存储器的连接(1)接受CPU发来的I/O指令，根据指令要求选择一台指定的外围设备与通道相连接。(2)执行CPU为通道组织的通道程序，从主存中取出通道指令，对通道指令进行译码，并根据需要向被选中的设备控制器发出各种操作命令。(3)给出外围设备的有关地址，即进行读／写操作的数据所在的位置。如磁盘存储器的柱面号、磁头号、扇区号等。6.5I/O设备与CPU和存储器的连接(4)给出主存缓冲区的首地址，这个缓冲区用来暂时存放从外围设备上输入的数据，或者暂时存放将要输出到

8、外围设备中去的数据。(5)控制外围设备与主存缓冲区之间数据交换的个数，对交换的数据个数进行计数，并判断数据传送工作是否结束。(6)指定传送工作结束时要进行的操作。(7)检查外围设备的工作状态，是正常或故障。根据需要将设备的状态信息送往主存指定单元保存。6.5I/O设备与CPU和存储器的连接(8)在数据传输过程中完成必要的格式变换。例如把字拆卸为字节，或者把字节装配成字2.通道的主要硬件