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基本概念

演变过程

在这里插入图片描述

I/O系统基本组成

I/O软件

包括驱动程序、用户程序、管理程序、升级补丁等
下面的两种方式是用来实现CPU和I/O设备的信息交换的

I/O指令

CPU指令的一部分,由操作码,命令码,设备码
操作码:识别I/O指令
命令码:做什么操作
设备码:对那个设备进行操作

通道指令

通道自身的指令，它是放在主存中的
指出数据的首地址、传送字数、操作命令，由CPU执行启动I/O设备的指令,由通道代替CPU对I/O设备进行管理

I/O硬件

包括外部设备(包括设备控制器,机、电、光、磁部分)、设备控制器和接口、I/O总线等
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外部设备

输入设备

用来向计算机输入信息的，就比如键盘和鼠标

键盘

就是每按下一个键，电路接通，传入计算机，内部有一个编码对应表，这个我不是很清楚，我把这里当作是了解下的
键盘输入信息可分为3个步骤:

哪个键被按下了
将键翻译成主机能够接收的编码
将编码传送给主机

鼠标

机械式与光电式，原理就是鼠标在平面上移动时，底部传感器把运动的方向和距离检测出来，从而控制光标做相应运动

输出设备

用来将计算机的处理结果以人类能够识别的方式展现出来，就比如：打印机，显示器，

显示器

按照显示设备所用的显示器件分类

阴极射线管(CRT)显示器
特点:可视角度大,无坏点,色彩还原度高,色度均匀,可调节的多分辨率模式,响应时间短
按照显示信息内容不同可以分为
字符显示器
图形显示器
图像显示器
按照扫描方式不同可分为
光栅扫描显示器
随机扫描显示器
液晶显示器(LCD)
特点:体积小,重量轻,省电,无辐射,绿色环保等等
LED显示器
按所显示的信息内容分类
字符显示器
图形显示器
图像显示器

参数

屏幕大小:以对角线的长度来衡量
分辨率:屏幕上有多少像素点，以宽，高的像素的乘积表示
灰度级:描述像素点的颜色的，灰度级越多，图像层次越清楚逼真
刷新:由于光点在屏幕上很快就消失，必须在消失之前重新扫描显示一遍，称为刷新
刷新频率：单位时间内扫描整个屏幕内容的次数，常用的60~120Hz
显示存储器(VRAM)：显存
VRAM容量:分辨率×灰度级位数
VRAM带宽:分辨率×灰度级位数×帧频

打印机

按照印字原理不同可以分为
击打式打印机：拿色带与纸向撞击
优点:设备成本低，印字质量好
缺点:噪声大,速度慢
非击打式打印机:采用物理、化学方法来印刷字符
优点：速度快，噪声小
缺点：成本高
按照工作方式不同分为:
针式打印机
特点：成本低,打印分辨率和打印速度不够高
喷墨式打印机
特点:噪声小,比针式打印机要快，防水差，高质量打印的时候对纸张有要求
激光打印机
特点:质量高,速度快,噪声小,处理能力强,成本高,对纸张有要求

外存设备

除了计算机内存及其CPU缓存等以外的存储器。就比如硬盘，磁盘，光盘,CD
磁表面存储器的优点
存储容量大,位价格低
记录介质可以重复使用
记录信息可以长期保存
非破坏读出
缺点
存取速度慢
机械结构复杂
对工作环境要求高，搞不好就消磁了，完犊子

磁盘存储器

组成
存储区域：由若干记录面，每个记录面划分为若干条磁盘,而每条磁道又划分为若干个扇区,扇区是磁盘读写的最小单位。
磁头数表明有多少记录面数
柱面数表明一面有多少磁道
扇区数：每一条磁盘上有多少扇区

磁盘存储器的构成
磁盘驱动器、磁盘控制器和盘片组成
磁盘驱动器核心部件就是磁头组件和盘片组件
磁盘控制器是硬盘存储器和主机的接口

性能指标

磁盘容量：能存储的字节总数，有非格式化容量和格式化容量之分。
非格式化容量就是指可以利用的磁化单元总数
格式化容量就是按照某种特定的记录格式所能存储信息的总量
记录密度:盘片单位面积上记录的二进制的信息量
道密度：磁盘半径方向单位长度上的磁道数，这个乘以长度得到每个面上的磁道数
位密度：磁道单位长度上能记录的二进制代码位数乘以圆环长度得到二进制代码位数
面密度：位密度和道密度的乘积
平均存取时间=寻道时间（磁头移动到目的磁道）+旋转延迟时间（磁头定位到所在扇区）+传输时间（传输数据所花费的时间）
数据传输率：的那位时间内向主机传送数据的字节数

磁盘地址

硬盘的工作过程
寻址、读盘、写盘
另外硬盘的读写操作是串行的

RAID(廉价冗余磁盘阵列):多个独立的物理磁盘组成一个独立的逻辑盘,数据在多个物理盘分割交叉存储，并行访问，具有更好的存储性能，可靠性和安全性
RAID0:无冗余和无校验的磁盘整列，这个没有容错能力，把多个磁盘当成一个磁盘来用
RAID1:镜像磁盘阵列，就是冗余存储
RAID2:采用纠错的海明码的磁盘阵列
RAID3:位交叉奇偶校验的磁盘阵列
RAID4:块交叉奇偶校验的磁盘阵列
RAID5:无独立校验的奇偶磁盘整列

光盘存储器

特点:存储密度高，便携性好，容量大，成本低，存储期限长
光盘的类型，看到名字知道是干嘛的就行
CD-ROM:只读
CD-R:只能写入一次，之后不能修改
CD-RW:可反复读写
DVD-ROM:高容量的CD-ROM

固态硬盘

基于闪存的。可靠性高

I/O方式

程序查询方式

CPU查询等待并传输I/O数据，在此期间，CPU不能做任何事情
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程序查询方式流程图

程序查询方式接口结构

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例题

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程序中断方式

I/O设备的数据准备好了，和CPU说声，CPU知道I/O设备数据准备好了，开始传送，传送期间,CPU需要处理中断服务程序，实现I/O与主机之间的传送
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DMA方式

这种方式进一步的解放了CPU，CPU只需要处理一下DMA请求，主存和I/O交换信息时由DMA控制器控制
在这里插入图片描述这个了解一下

DMA控制器

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DMA传送过程

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DMA传送方式

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DMA方式的特点

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DMA与中断方式的对比

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例题

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I/O接口

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接口的功能

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I/O接口的基本结构

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接口与端口的区别

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I/O接口及其编址

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I/O接口的类型

按数据传送方式(外设与接口)可分为
并行接口：一个字节或一个字所有位同时传送
串行接口：一位一位地传送
主机和接口地一侧数据总是并行传送地。接口要完成数据格式转换
按主机访问I/O设备地控制方式可分为
程序查询接口
中断接口
DMA接口
按功能选择地灵活性可分为
可编程接口
不可编程接口

中断系统

概念

执行现行程序地过程中,出现特殊请求和急需处理地异常情况,CPU暂时中止先行程序,处理上面提到地特殊请求，处理完成后CPU自动返回线性程序地断电处,继续执行源程序

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中断地工作流程

中断请求:中断源向CPU发送中断请求信号
中断响应:响应中断地条件。中断判优:多个中断源同时提出请求时通过中断判优逻辑响应一个中断源
中断处理
中断隐指令
中断服务程序

中断请求地分类

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中断请求标记

就比如你在做一件事情，你家人叫你去做某件事情，你是知道是你家人叫你去的，并且你回来之后会记得原先打断得位置，从打断的位置继续。
中断请求标记就是让计算机知道是谁发出中断的，设置一个中断请求标记触发器INTR，当其状态为1时,表示中断源有请求。这些触发器可以组成中断请求标记寄存器，该寄存器可集中在CPU中,也可分散在各个中断源中

对于外中断,CPU在统一的时刻(每条指令执行阶段结束前)向接口发出中断查询信号以获取I/O的中断请求,CPU响应中断的时间是在每条指令执行阶段的结束时刻

CPU响应中断需要满足3个条件
中断源有中断请求。CPU允许中断即开中断。一条指令执行完毕，并且没有更紧迫的任务

中断判优

硬件实现硬件排队器

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软件实现查询程序

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中断判优-优先级设置

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硬件故障中断属于最高级,其次是软件中断
非屏蔽中断优于可屏蔽中断
DMA请求优于I/O设备传送的中断请求
告诉设备优于低速设备
输入设备优于输出设备
实时设备优于普通设备

中断处理过程

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硬件向量法

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中断隐指令的主要任务

关中断，防止被新的中断所打断
保存断点，保存原来程序的断点就是PC(程序计数器）的内容
引出中断程序将中断服务程序的入口地址并传送给程序计数器PC

软件查询法

这个了解

单重中断与多重中断

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中断屏蔽技术

这个主要是用于多重中断,CPU要具有多重中断的功能，须满足下列条件
①在中断服务程序中提前设置开中断指令
②优先级别搞得中断源有权中断优先级别低的中断源
每个中断源都有一个屏蔽触发器，1表示屏蔽该中断源的请求，0表示可以正常盛情。所有屏蔽触发器组合在一起便构成一个屏蔽字寄存器，屏蔽字寄存器的内容称为屏蔽字

屏蔽字设置的规律