总线与输入输出系统

本章讨论计算机各部件之间的互连方式以及与外部设备的通信。

总线技术

• 总线分类：数据总线、地址总线、控制总线。
• 总线仲裁：解决多个设备竞争总线使用权的问题。

I/O 接口 (Interface)

由于主机（高速）与外设（低慢速）存在巨大的速度和电平差异，必须通过接口连接。详细结构与功能见 IO接口与端口。

I/O 信息传输控制方式 重点

计算机与外设进行通信的逻辑连接方式主要有四种：

1. 程序查询方式: CPU 踏步等待，效率最低，仅适用于简单系统。
2. 中断方式:
   • 解决了 CPU 忙等问题，提高并行性。
   • 现代计算机主要利用 中断系统 处理异常和突发事件。
   • 处理次序可通过 中断屏蔽技术 动态调整。
3. DMA方式:
   • 在主存与外设间建立专用数据通路。
   • 响应时间比中断更早（机器周期结束即可响应）。
4. 通道方式:
   • 专用 I/O 处理器，管理大量并发设备，常见于大型机。

核心对比：中断 vs DMA 重点

特性	中断方式	DMA 方式
数据路径	内存 $\leftrightarrow$ CPU $\leftrightarrow$ 外设	内存 $\leftrightarrow$ 外设 (不经 CPU)
响应时机	指令周期结束时	机器周期结束时
控制主体	CPU 执行程序	DMA 控制器 (硬件)
主要用途	异常处理、低速 I/O	高速数据块传输

外设编址方式

1. 独立编址 (Isolated I/O):
   • I/O 地址空间与内存地址空间完全独立。
   • 使用专用指令（如 IN, OUT）。Intel 常用。
2. 统一编址 (Memory-mapped I/O):
   • 将外设端口看作内存单元，共享内存地址空间。
   • 使用通用指令（如 MOVE），无需专用 I/O 指令。