03 输入输出系统和总线结构

输入输出技术

计算机系统中存在多种内存与接口地址(输入输出)的编制方法，常见的是两种：

1、内存与接口地址独立编制方法

内存地址和接口地址是完全独立的两个地址空间。优点：编程序和读程序很容易使用和辨认。缺点：用于接口的指令(需要独立设计)太少、功能太弱。

2、内存与接口地址统一的编制方法

内存地址和接口地址统一在一个公共的地址空间内。优点：原则上用于内存的指令全都可以用于接口，大大增强了对接口的操作功能，而且在指令也不再区分内存或接口指令。缺点：整个地址空间被分成两部分，其中一部分分配给接口使用，剩余的为内存所用，这经常会导致内存地址不连续。

计算机和外设间的数据交互方式：

1. 程序控制(查询)方式：CPU主动查询外设是否完成数据传输，效率极低；
2. 程序中断方式：外设完成数据传输后，向CPU发送中断，等待CPU处理数据，效率相对较高。中断响应时间指的是从发出中断请求到开始进入中断处理程序；中断处理时间指的是从中断处理开始到中断处理结束。中断向量提供中断服务程序的入口地址。多级中断嵌套，使用堆栈来保护断点和现场。
3. DMA方式(直接主存存取)：CPU只需完成必要的初始化等操作(此后不需要CPU执行程序执行)，数据传输的整个过程都由DMA控制器来完成，在主存和外设之间建立直接的数据通路，效率很高。

DMA（Direct Memory Access，直接内存存取）是一种数据传输方式，允许外部设备（如网卡、磁盘控制器等）直接访问计算机内存，而无需CPU的直接干预。这种方式可以显著提高数据传输的效率，因为它减少了CPU参与数据传输的需求，使得CPU可以同时执行其他任务。

在一个总线周期结束后，CPU会响应DMA请求开始读取数据；

CPU响应程序中断方式请求是在一条指令执行结束时。

总线结构

总线Bus，是指计算机设备和设备之间传输信息的公共数据通道。总线是链接计算机硬件系统内多种设备的通信线路，它的一个重要特征是由总线上的所有设备共享，因此可以将计算机系统内的多种设备连接到总线上。

广义上来讲，任何连接两个以上电子元器件的导线都可以称为总线，通常分为以下三类：

1. 内部总线：内部芯片级别的总线，芯片与处理器之间通信的总线。
2. 系统总线：是板级总线，用于计算机内各部分之间的连接，具体分为数据总线(并行数据传输位数)、地址总线(系统可管理的内存空间的大小，32位和64位计算机指的就是这个)、控制总线(传输控制命令)。代表的有ISA总线、EISA总线、PCI总线。
3. 外部总线：设备级的总线，微机和外部设备的总线。代表的有RS232(串行总线)、SCSI(并行总线)、USB(通用串行总线，即插即用，支持热插拔)。