第七部分：IO系統

1，IO介面是什麼？

 IO介面是主機與外設的交介面，實現主機與外設的資訊交換，為一片晶片集成於主機板之上。

2，IO介面的作用是什麼？（按執行順序）

（1）進行地址譯碼和裝置選擇

（2）傳送控制命令和狀態資訊

（3）由於主機與外設之間的速度差異，IO介面具有緩衝作用。

（4）訊號格式轉換（外設：序列，內部：並行）

3，IO介面的型別？

按照資料傳送方式：並行介面和序列介面

訪問IO裝置的控制方式分為：程式查詢介面、中斷介面、DMA介面

按照功能選擇的靈活性可分為：可程式設計介面和不可程式設計介面。

4，IO介面的結構

（1）IO埠：

介面中直接可以被CPU訪問的暫存器，包括資料埠（資料緩衝暫存器）、狀態/控制暫存器（狀態資訊可控制資訊不在同一時間傳送所以可以共用同一個暫存器）

（2）IO埠的編址方式：

1⃣️、統一編址：

與記憶體使用連續的儲存空間，IO埠看作普通的儲存單元、可以使用統一的輸入輸出指令，CPU訪問IO更加方便，但是佔用了主存的地址空間使主存的儲存空間變小。

2⃣️、獨立編制：

與記憶體的儲存空間獨立，不佔用記憶體的地址空間，需要專門的IO指令來訪問IO埠，增加了控制的複雜性。

5，IO介面如何與主機交換資訊？

三種IO方式：

（1）查詢方式

在IO裝置工作時，CPU處於忙等狀態，即一直迴圈查詢IO介面的資料埠，看資料是否已經準備好了，在這種情況下，IO裝置與CPU只能序列工作，效率低。

（資料流向：IO裝置->CPU->記憶體、傳送的資料的單位：一個字）

（2）中斷驅動方式

在這種情況下IO裝置與CPU並行工作，在IO裝置準備好資料之後，主動打斷CPU的執行

（資料流向：IO裝置->CPU->記憶體，傳送的資料單位：一個字）

中斷處理過程（可以實現多重中斷的情況下）？

關中斷

儲存斷點：將PC的值壓入棧中

中斷服務程式定址：硬體產生向量地址（中斷型別號）、再由中斷向量地址找到入口地址

儲存現場和遮蔽字

開中斷（接受其他中斷）

執行中斷服務程式

關中斷

恢復現場和遮蔽字

開中斷

中斷返回

注：前三個步驟由硬體完成，所以又稱為中斷隱指令

如何實現多重中斷？

設定中斷處理優先順序，每一箇中斷源都有一個遮蔽字，通過遮蔽字來決定中斷之間的優先處理次序，使優先順序高的中斷可以打斷優先順序低的中斷。並且中斷遮蔽字是可以動態改變的。

當多個裝置發出中斷請求時應該先處理哪一個？

設定中斷響應優先順序，通過硬體排隊電路來決定順序。

（3）DMA（Direct Memory Access）方式：

記憶體與DMA介面之間有一條直接的資料通路，方便DMA訪問記憶體，DMA控制器直接對匯流排進行控制，資料交換不需要進過CPU，直接在DMA與主存之間進行，進一步解放CPU，CPU只需要在傳送1個或多個數據塊的開始或結束的時候才進行干預，在一批資料結束之後DMA控制器發出中斷。

DMA的對匯流排使用權大於CPU，對CPU的存取週期進行挪用。

（資料流向：IO裝置->記憶體）

（4）通道方式

通道是一種小型的處理機，在使用通道之前，cpu將相應的通道程式存入記憶體中，然後向通道發出指令，指明瞭通道程式所在的位置，以及進行操作的IO裝置。

可以對一組資料進行讀寫，完成之後向CPU發出中斷請求訊號。

IO指令和通道指令的區別？

IO指令由CPU執行，通道指令由通道執行，在有通道的CPU中，IO指令不直接控制資料的傳送。

6，外部裝置

（1）視訊記憶體：（顯示卡的儲存容量）

最小容量（儲存一幀）=解析度✖️灰度級位數（色彩位數）

（2）外存（磁碟）

磁碟的平均儲存時間 = 尋道時間+旋轉延遲+傳輸時間