【正文】 備，換句話說，接口通過系統(tǒng)總線與主機(jī)連接，同時(shí)又通過外部總線連接設(shè)備。例如，總線控制器 828總線仲裁器 8289。 19 集中式控制：獨(dú)立請(qǐng)求方式 特點(diǎn)： ? 響應(yīng)速度快； ? 優(yōu)先級(jí)易調(diào)整； ? 控制線多； ? 硬件復(fù)雜。 17 集中式控制：鏈?zhǔn)讲樵兎绞? 特點(diǎn)： ? 連線數(shù)較少； ? 容易擴(kuò)充； ? 對(duì)故障敏感； ? 部件 /設(shè)備離仲裁器越近優(yōu)先級(jí)越高?？偩€控制邏輯基本上集中于一個(gè)設(shè)備（如 CPU），稱為集中式控制；而總線控制邏輯分散在連接總線的各個(gè)部件或設(shè)備，稱為分布式控制?？偩€控制方式就是總線判優(yōu)和仲裁方式。 16 總線判優(yōu)和仲裁 ? 總線是在爭(zhēng)用資源的基礎(chǔ)上進(jìn)行工作的。 ? 異步通信過程見圖所示。交換信息的請(qǐng)求由主設(shè)備發(fā)起。 ? 通常把交換信息的兩個(gè)部件或設(shè)備分為主設(shè)備和從設(shè)備。 ? 同步通信必須按最慢的部件設(shè)計(jì)時(shí)鐘，總線效率會(huì)降低。完成一次總線操作所需的時(shí)間稱為總線周期。 13 同步通信方式 ? 同步通信方式是指采用統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行定時(shí)、來協(xié)調(diào)收發(fā)雙方的傳送操作。 12 總線的時(shí)序 總線在進(jìn)行信息交換時(shí)，必須有時(shí)間上的配合，也就是進(jìn)行時(shí)序控制。 n位總線可尋址 2n個(gè)單元。 ? 地址總線用于傳送讀寫數(shù)據(jù)的單元地址。數(shù)據(jù)總線的寬度決定同時(shí)傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)，增加數(shù)據(jù)總線的寬度能夠提高總線帶寬。 ? 數(shù)據(jù)線提供各部件數(shù)據(jù)傳送的途徑。 11 總線寬度 ? 任何總線的信號(hào)線在功能上可分為數(shù)據(jù)線、地址線、控制線。例如， PC機(jī)主板上的很多插槽，實(shí)際上就是系統(tǒng)總線的接口。 ? 系統(tǒng)總線主要連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的各功能部件，如 CPU、存儲(chǔ)器、 I/O設(shè)備等。二是共享總線的部件分時(shí)使用總線。 ? 分時(shí)傳送 ：分時(shí)傳送有兩種概念，一是采用總線復(fù)用方式，既傳送地址信息，也傳送數(shù)據(jù)信息。 ? 并行傳送 ：信息字有多少二進(jìn)制位，就需要多少條傳輸線，每個(gè)二進(jìn)制位在不同的線上進(jìn)行傳輸。 9 總線的信息傳送方式 ? 串行傳送 ：只有一條傳輸線，采用脈沖傳送。 ? 從用戶的角度考慮，易于獲得，隨便從哪里買、隨便買哪一家的都可以。制定總線標(biāo)準(zhǔn)有以下幾方面的好處（優(yōu)點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)）。 ? 時(shí)間特性：時(shí)間特性規(guī)定，信號(hào)線完成每一個(gè)動(dòng)作的起止時(shí)間，即什么時(shí)間有效、能延續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間等。 ? 物理特性：物理特性規(guī)定，總線這種插件尺寸有多大？引腳數(shù)有多少？引腳的相對(duì)位置如何？ ? 功能特性：功能特性規(guī)定，總線的每一根信號(hào)線作什么用。 7 總線標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn)化是一種趨勢(shì)，總線也不例外，目前總線基本實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。 總線按時(shí)序控制方式可分為同步總線、異步總線、準(zhǔn)同步總線；按數(shù)據(jù)傳送格式可分為串行總線、并行總線。 ? 外總線：計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)與其它設(shè)備之間的連接線稱為外總線。 ? 系統(tǒng)總線 ：連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各功能部件，如 CPU、存儲(chǔ)器、 I/O接口之間的總線。按計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，總線分可為： ? CPU內(nèi)部總線： CPU內(nèi)部連接各寄存器和運(yùn)算部件之間的互聯(lián)線。三態(tài)門有 3只引腳：輸入端、輸出端、控制端（ G、 G） . ? 當(dāng)控制端有效時(shí)，三態(tài)門才打開，輸出端反映輸入端的狀態(tài)；否則三態(tài)門處于關(guān)閉狀態(tài)，輸出端呈現(xiàn)高阻態(tài)，也就是在邏輯上被斷開，輸入端不影響輸出端。 ? 總線的控制邏輯主要由三態(tài)門實(shí)現(xiàn)。控制邏輯的實(shí)現(xiàn)可以是 CPU內(nèi)部的控制邏輯，也可以是總線控制器?？偩€的工作機(jī)制也是分時(shí)共享，任何時(shí)間只允許兩個(gè)部件或設(shè)備通過總線交換信息。 ? 例如，鐵路線類似于總線，坐車的人相當(dāng)于要傳送的信息。總線包含地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線?？偩€在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中是一個(gè)非常重要的概念。 I/O系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中最具有多樣性和復(fù)雜性的部分。 ? 計(jì)算機(jī)的輸入輸出系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為 I/O系統(tǒng)。1 第八章 輸入輸出系統(tǒng) ? 計(jì)算機(jī)硬件可細(xì)分為運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器，輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，又可粗略地分為 “ CPU、存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備 ” 三部分。這三部分之間的連接方式和信息交換方式關(guān)系到計(jì)算機(jī)基本功能的實(shí)現(xiàn)，是計(jì)算機(jī)輸入輸出系統(tǒng)所要解決的主要問題。一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的綜合能力、可擴(kuò)展性、兼容性和性能價(jià)格比，都與 I/O系統(tǒng)有密切的關(guān)系。 2 本章的主要內(nèi)容 主要內(nèi)容： ? 總線技術(shù) ? 主機(jī)與外設(shè)的連接 ? 程序查詢方式 ? 中斷系統(tǒng)和程序中斷方式 ? DMA方式及其接口 ? 通道控制方式 3 一、總線技術(shù) 以總線連接外設(shè)、主存儲(chǔ)器、 CPU等計(jì)算機(jī)部件，是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中普遍采用的方式。 4 總線定義 ? 所謂總線是一組能為多個(gè)功能部件分時(shí)共享的信息傳輸線路，借助該傳輸線路，計(jì)算機(jī)在各功能部件之間實(shí)現(xiàn)地址、數(shù)據(jù)和控制信息的交換。 ? 學(xué)習(xí)總線概念應(yīng)搞清楚兩點(diǎn)，一要搞清楚 “ 一組信息傳輸線路 ” ，二要搞清楚 “ 分時(shí)共享 ” 。大家都能坐火車出行是共享；滿員時(shí)必須選擇乘坐下一車次便是分時(shí)。 ? 總線實(shí)體就是一組傳輸線路和相應(yīng)的控制邏輯。 5 分時(shí)共享的實(shí)現(xiàn) ? 如何實(shí)現(xiàn)分時(shí)呢？解決的思路是讓不參與通信的設(shè)備與總線在邏輯上斷開，從而避免干擾正在輸送數(shù)據(jù)的兩個(gè)部件的正常工作。三態(tài)門有 3種狀態(tài)： 0、 高阻態(tài)。 6 總線分類 從不同的角度出發(fā)，總線有不同的分類方法。由于 CPU的集成化，這組總線從外部是看不見的。系統(tǒng)總線是可見的。在很多情況下，這些連線不是計(jì)算機(jī)專用的，主要用于其它設(shè)備上。這里不再討論?？偩€一般按以下四大特征進(jìn)行規(guī)范。 ? 電氣特性：電氣特性規(guī)定，每一個(gè)信號(hào)線電平的高低、信號(hào)的傳遞方向等。 8 總線標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)） 所謂總線標(biāo)準(zhǔn)就是對(duì)總線的這四個(gè)方面進(jìn)行規(guī)范。 ? 從工程的角度考慮，能夠簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)、易于擴(kuò)充。 ? 從廠商的角度考慮，易于批量生產(chǎn)、降低成本。在串行傳送時(shí)，順序傳送一個(gè)數(shù)碼的所有二進(jìn)制位，每次一位；先傳送數(shù)碼的最低位，最后傳送最高位。并行傳送一般采用電位傳送，所有位同時(shí)被傳送，速度要比串行傳送快。為此需要?jiǎng)澐謺r(shí)間片，在不同時(shí)間中完成不同的傳送任務(wù)。 10 系統(tǒng)總線 ? 總線是一組能為多個(gè)功能部件分時(shí)共享的信息傳輸線路，借助總線，各功能部件相互交換信息。系統(tǒng)總線是可見的。 ? （系統(tǒng)）總線設(shè)計(jì)的要素包括總線寬度、總線時(shí)序、總線仲裁等幾個(gè)方面。所謂總線寬度就是各功能組中的信號(hào)線數(shù)，關(guān)系到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾?、可管理?nèi)存的大小、集成度和硬件成本的問題。典型的數(shù)據(jù)總線有 8位、 16位、 32位等。 總線帶寬 是指單位時(shí)間內(nèi)總線傳送的數(shù)據(jù)量，它定義了總線本身所能達(dá)到的最高傳輸速率。總線中地址線數(shù)越多，CPU可直接尋址的空間越大。 ? 控制線主要用來實(shí)現(xiàn)控制功能，如中斷請(qǐng)求線和應(yīng)答線、總線請(qǐng)求線和應(yīng)答線等。根據(jù)時(shí)序的不同，總線的時(shí)序控制方式分為同步通信方式和異步通信方式。一般由定寬的時(shí)標(biāo)同步，完成一次數(shù)據(jù)交換。 ? 同步通信方式適用于總線長(zhǎng)度較短的場(chǎng)合，由于無法知道接收方是否正確接收，加上時(shí)標(biāo)線上的干擾會(huì)引起錯(cuò)誤同步，所以可靠性較低。 14 異步通信方式 ? 異步通信沒有統(tǒng)一的時(shí)鐘，也沒有固定的時(shí)間間隔，完全依靠收發(fā)雙方相互制約的 “ 握手 ” 信號(hào)來實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制，也就是定時(shí)控制建立在應(yīng)答式或互鎖機(jī)制基礎(chǔ)上。獲得總線控制權(quán)的設(shè)備稱為主設(shè)備，被主設(shè)備訪問的設(shè)備稱為從設(shè)備。在異步總線上，后一事件的出現(xiàn)取決于前一事件的出現(xiàn)，總線周期不固定，靈活性很強(qiáng)。 15 異步通信方式（續(xù)） ? 根據(jù)請(qǐng)求和應(yīng)答信號(hào)的建立和撤銷是否互相依賴，異步通信又可分為三種：非互鎖通信、半互鎖通信和全互鎖通信，其中全互鎖通信的可靠性最高。為了解決設(shè)備同時(shí)競(jìng)爭(zhēng)總線控制權(quán)，必須有總線仲裁部件，來決定下一次誰將成為主設(shè)備。 ? 按仲裁機(jī)構(gòu)的位置不同，總線控制分為集中控制和分布控制兩大類。 ? 集中式控制方式又分為鏈?zhǔn)讲樵兎绞健⒂?jì)數(shù)查詢方式以及獨(dú)立請(qǐng)求方式。 18 集中式控制：計(jì)數(shù)查詢方式 特點(diǎn)： ? 優(yōu)先級(jí)易調(diào)整，先查到的設(shè)備優(yōu)先級(jí)高； ? 靈活性強(qiáng)； ? 查詢的實(shí)質(zhì)是比較計(jì)數(shù)值和地址。 20 關(guān)于總線的補(bǔ)充說明 ? 實(shí)現(xiàn)總線控制有現(xiàn)成的芯片可用。 ? 部件或設(shè)備在使用總線時(shí)，一般需要經(jīng)過申請(qǐng)、建立、使用、歸還四個(gè)階段。 21 二、主機(jī)與外圍設(shè)備的連接 輸入輸出系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，是溝通計(jì)算機(jī)與外部世界的橋梁。其中接口又包含了控制外設(shè)工作的絕大部分電路，一般以插件的形式插在計(jì)算機(jī)主板的擴(kuò)展槽中；一些公共接口邏輯，如中斷控制器、 DMA控制