第七章 输入/输出系统

I/O控制方式
1、程序查询方式：由CPU通过程序不断查询I/O设备是否已做好准备，从而控制I/O设备与主机交换信息

I/O系统基本组成
1、I/O软件：包括驱动程序、用户程序、管理程序、升级补丁等
通常采用I/O指令和通道指令实现CPU和I/O设备的信息交换
①、I/O指令：CPU指令的一部分，因而需要操作码字段进行识别

外存储器：
又称为辅助存储器，目前主要使用磁表面存储器
磁表面存储，是指把某些磁性材料薄薄地涂在金属铝或塑料表面上作为载磁体来存储信息。
优点：存储容量大，位价格低；记录介质可重复使用；记录信息可长期保存而不丢失；非破坏性读出，读出时不需要再生
缺点：存取速度慢，机械结构复杂

磁盘设备的组成
1、存储区域
一块磁盘含有若干个记录面，每个记录面划分为若干条磁道（一圈一圈的圆），而每条磁道有划分为若干个扇区，扇区（圆弧，也称块）是磁盘读写的最小单位，也就是说磁盘按块存取
磁头数：即记录面数，表示磁盘共有多少个磁头，一个记录面对应一个磁头
柱面数：表示硬盘每一面盘片上有多少条磁道。在一个盘组中，不同记录面的相同编 （位置）的诸磁道构成一个圆柱面
扇区数：表示每一条磁道上有多少个扇区（扇区是圆弧，图示不符）

I/O端口
I/O端口是指接口电路中可以被CPU直接访问你的寄存器，主要有数据端口、状态端口和控制端口，若干端口加上相应的控制逻辑电路组成接口
I/O端口要想被CPU访问，必须要有端口地址，每一个端口对应一个端口地址
1、统一编址：把I/O端口当做存储器的单元进行地址分配，用统一的访存指令就可以访问I/O端口，又称存储器映射方式
靠不同的地址码区分内存和I/O设备，I/O地址要求相对固定在地址的某部分
2、独立编址：又称I/O映射方式，是指I/O端口地址与存储器地址无关，独立编址CPU需要设置专门的输入/输出指令访问端口
靠不同的指令区分内存和I/O设备

I/O方式
1、程序查询方式
特点：CPU有“踏步”等待现象，CPU与I/O串行工作
优点：接口设计简单，设备最少
缺点：CPU在信息传送过程中要花费很多时间用于查询和等待，而且在一段时间内只能和一台外设交换信息，效率大大降低

中断请求标记
为了记录中断事件并区分不同的中断源，中断系统需对每个中断源设置中断请求标记触发器INTR，档期状态为1时，表示中断源有请求
这些触发器可组成中断请求标记触发器，该寄存器可集中在CPU中，也可分散在各中断源中

中断向量：中断服务程序的入口地址，每个中断服务程序都有一个中断向量
中断向量地址：中断服务程序的入口地址的地址
CPU响应中断后，中断硬件会自动将中断向量地址传送到CPU中，由CPU实现程序的切换

中断服务程序的主要任务
①、保存现场
一是保存程序断点PC，这已由中断隐指令完成
二是保存通用寄存器和状态寄存器的内容，由中断服务程序完成，可以使用堆栈或者特定存储单元
②、中断服务（设备服务）
主体服务，如通过程序控制需打印的字符代码送入打印机的缓冲存储器中
③、恢复现场
通过出栈指令或取数指令把之前保存的信息送回寄存器中
④、中断返回
通过中断返回指令回到原程序断点处

中断处理过程

DMA与中断方式对比