计算机组成原理之I/O接口( I/O控制器)

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基本作用

是主机和外设之间的桥梁,实现两者之间的信息传递。 解决主机和外设在速度上的差异,协调不同速度的外设与主机进行信息交换。

主要功能

数据缓冲:通过数据缓冲寄存器暂存数据,解决因外设速度与主机不一致而造成的数据丢失问题。 错误或状态监测:通过状态寄存器反馈设备的各种错误和状态信息,供CPU查用。 控制和定时:接收从控制总线发来的控制信号、时钟信号。 数据格式转换:实现电平转换、串/并或并/串转换、模/数或数/模转换等功能。

关键组件

数据缓冲寄存器:用于暂存数据。 状态寄存器:用于存储接口和外设的状态信息。 控制寄存器:用于存储CPU向外设发出的控制命令。 地址线、控制线:用于地址访问和读写控制。

工作原理

I/O接口会对CPU送来的地址码进行译码,产生设备选择信息,选中指定外设与CPU进行信息交换。 CPU通过I/O接口中的命令寄存器向外设发出启动命令,外设准备就绪时,会将状态信息存储到状态寄存器并反馈给CPU。

编址方式

统一编址:将I/O端口视为存储器的存储单元进行地址分配,使用统一的访存指令访问I/O端口,优点在于访问方便、灵活,但会占用存储器地址空间。 独立编址:I/O端口地址与存储器地址无关,需要设置专门的I/O指令访问端口,优点在于地址空间独立、不占用主存地址空间,但程序设计灵活性较差。

分类

按数据传送方式:分为并行接口和串行接口。 按主机访问I/O设备的控制方式:分为程序查询接口、中断接口和DMA接口。 按功能:分为可编程接口和不可编程接口。