第一节 输入输出设备的类型

　　一、输出设备

　　1. 显示器

　　CRT、液晶、等离子体

　　2. 打印设备

　　击打式：串行，行式

　　非击打式：喷墨、激光、热转印

　　3. 绘图仪

　　平台式，滚筒式

　　(笔式、喷墨式、静电式)

　　二、输入设备

　　键盘

　　光笔

　　鼠标

　　数字化仪

　　触摸屏

　　扫描仪

　　音频设备

　　三、外存设备

　　1. 磁记录原理与记录方式

　　磁滞回归线

　　记录方式：归零制，不归零制，调相制，调频制，RLL码

　　

　　评价标准：

　　编码效率——位密度与最大磁化翻转密度之比((3,5)RLL为3)

　　自同步能力——最小磁化翻转间隔与最大磁化翻转间隔的比值

　　((3,5)RLL为3/5)

　　2. 硬盘设备

　　磁道，扇区，柱面，温彻斯特技术，磁盘接口。

　　

　　技术指标：

　　(1) 存储密度。面密度，道密度，位密度

　　(2) 存储容量

　　(3) 平均访问时间

　　平均访问时间 = 控制延迟 + 寻道时间 + 旋转延迟 + 传输延迟

　　(4) 数据传输率

　　习题：5

　　3. 磁盘阵列

　　目的：提高容量，提高可靠性

　　每个磁盘MTTF为20万小时，100个无容错阵列的MTTF为2000小时。

　　R(t) = (e-lt)100

　　类型：

　　RAID-0：非冗余的磁盘阵列。

　　RAID-1：镜像磁盘冗余阵列。

　　RAID-2：海明码纠错冗余的磁盘阵列，位交叉。

　　RAID-3：奇偶校验冗余的磁盘阵列，位交叉。

　　RAID-4：独立传送磁盘阵列，块交叉，校验盘是瓶颈。

　　RAID-5：独立传送磁盘阵列，块交叉，分布的冗余校验。

　　RAID-6：P+Q冗余技术，增强纠错能力。

　　

　　

　　4. 光盘存储设备

　　类型：只读型、Worm型、可擦写型。

　　(1) 只读型

　　凹坑——信息记录载体，压制形成，边界代表1，平面代表0

　　光道——螺旋形，恒线速

　　通道码——14位(2,10)RLL编码，代表8位数据

　　帧——记录24字节有效数据，CIRC编码，共32字节

　　扇区——98个帧，2352字节有效数据，2048字节用户数据

　　

　　(2) WORM型

　　强激光烧灼出凹坑

　　(3) 可擦写型

　　相变型：晶态与非晶态转换

　　磁光型：激光与磁场调制记录，克尔效应读取

　　第二节 基本的输入输出方式

　　一、外设的寻址

　　统一编址法：存储器映像的外设

　　

　　单独编址法：两个地址空间

　　二、外设的定时

　　异步：应答方式

　　同步：时钟定时

　　字设备与块设备

　　三、程序查询方式

　　——由主机控制输入输出过程

　　设备接口的结构：

　　

　　CPU处理过程：

　　

　　信号传输过程：

　　

　　CPU 设备

　　(1) 启动设备并读设备状态寄存器。

　　(即向设备发出命令字，其中包括设备地址)

　　(2) 地址译码，选中时发送状态。

　　(3) 从接口读入设备状态字。

　　(4) 从设备状态字中检查设备状态。

　　(5) 如果设备未就绪，转(3)。

　　(6) 将数据写入接口的设备数据寄存器。

　　(或者从设备数据寄存器读入数据)

　　(7) 接收(或发送)数据并发送未就绪信号,

　　直到数据写入设备(或从设备读出)。

　　(8) 如果要传送更多数据，转(1)。

　　接口例子：

　　

　　第三节 中断方式

　　一、基本概念

　　中断是一种在发生了一个外部的事件时调用相应的处理程序(或称服务程序)的过程。

　　中断服务程序与中断时CPU正在运行的程序是相互独立的，相互不传递数据。

　　中断处理中的问题：

　　(1) 设备识别方式

　　(2) 中断处理程序入口地址的形成

　　(3) 中断裁决

　　(4) 中断屏蔽

　　二、中断响应过程

　　简单的中断处理过程：关中断(屏蔽中断) 保存现场 识别中断 形成服务程序入口地址 执行服务程序 恢复现场 开中断

　　1. 设备的识别(问题1)：CPU轮询，中断向量

　　2. 入口地址形成(问题2)：中断向量表(通常位于内存起始处)

　　中断裁决及屏蔽见下述。

　　三、中断裁决

　　(问题3)

　　三种方式：

　　1. 链式查询

　　

　　2. 独立请求

　　

　　3. 分组链式

　　

　　链式查询的中断请求电路：

　　

　　四、中断屏蔽

　　(问题4)

　　多重中断：中断服务程序也可以被中断——中断嵌套。

　　实现方法一：给CPU及中断请求都设置优先级。

　　响应过程：关中断(屏蔽中断) 保存现场 识别中断 形成服务程序入口地址 开中断 执行服务程序 关中断 恢复现场 开中断

　　实现方法二：采用中断屏蔽寄存器，用软件设置灵活的优先级。

　　

　　例 假定硬件原来的响应顺序为0→1→2，试设置中断屏蔽字，将中断优先级改为1→2→0。

　　解：根据要求，0级中断的优先级最低，它的屏蔽字应设置为允许1级和2级中断，但屏蔽0级中断，屏蔽字可表示为

　　100

　　其中第一位(最左位)表示对于0级中断的屏蔽位，中间位表示对于1级中断的屏蔽位，最右位表示对于2级中断的屏蔽位。

　　1级中断为最高，其屏蔽寄存器应设置为全1，以屏蔽所有其它中断。即这时的中断屏蔽字为

　　111

　　2级中断的优先级高于0级低于1级。其屏蔽字应设置为

　　101

　　我们可以把全部屏蔽字用一个表格表示，表格的一行代表在一个级别的中断情况下需设置的屏蔽字：

　　- L0 L1 L2

　　L0级中断1 0 0

　　L1级中断1 1 1

　　L2级中断1 0 1

　　下图中示出这三种中断请求同时到达时CPU的响应顺序。图中用向下的箭头表示程序执行过程，从上到下是时间轴，从左到右则表示系统处于原程序和各种不同中断处理程序的状态。

　　

　　中断输入输出方式的接口：

　　

　　五、中断的类型

　　中断的例子：时钟中断，键盘中断，页面失效中断

　　中断的类型：

　　1. 内部中断(异常处理)：算术操作异常、非法指令、越权指令、页面失效

　　2. 外部中断(可屏蔽，不可屏蔽)：键盘、鼠标、电源

　　3. 软件中断：自陷(系统调用