7．输入输出组织
（×）I/O系统基本概念
（详见教材）
（★）常见外部设备
常见外部设备及其工作原理
（详见教材）
部分外部设备的性能指标
显示器
- \(VRAM\ 容量 = 分辨率\times 灰度级位数\)
- \(VRAM\ 带宽 =分辨率\times 灰度级位数\times 帧频\)
磁盘
- 外存容量：\(面数\times 磁道数\times
道容量\)
- 其中，
- \(面数=2n-2\) ，n 为磁盘片数
- \(磁道数=\frac{道密度\times (D外-D内)}{2}\) ，D 为直径
- \(道容量=\pi D\times 位密度\)
- 其中，
- （★★★★★★）存取速度（数据传输率）：\(v=道容量\times 转速\)
- （★★★★★★）存取时间
- \(T存取时间=T找道+T找扇区+T数据传输\) \[ T_{找道}=\frac{T_{max}-T_{min}}{2}\\ T_{max}为最长找道时间，T_{min}为最短找道时间 \]
\[ T_{找扇区}=\frac{0+\frac{1}{n}}{2}\\ n为转速 \]
\[ T_{数据传输时间}=L\times \frac{1}{v}\\ L为数据量大小，v为数据传输率 \]
（★）I/O 接口
功能及基本结构
功能
- 实现主机和外设的通信联络控制
- 进行地址译码和设备选择
- 数据缓冲
- 信号格式转换（如串并转换）
- 传送控制命令和状态信息
基本结构
I/O 端口及其编址
- I/O 端口是指接口电路中可被 CPU 直接访问的寄存器，主要有数据端口、状态端口和控制端口
- I/O 端口和I/O 接口的关系：\(I/O\ 端口 + 相应控制逻辑电路\overset{组成}{=} I/O\ 接口\)
- I/O 端口编址方式
- 统一编址
- 独立编址
（★★★）I/O的三种控制方式
程序查询方式
中断方式
中断的基本概念
（详见教材）
中断工作流程
中断响应（中断隐指令，硬件完成）
- 响应中断的 3 个条件
- CPU 处于 “开中断” 状态
- 至少要有一个未被屏蔽的中断请求
- 当前指令执行完
- 中断响应周期中完成以下几个操作
- 关中断（将中断允许标志为“禁止”）
- 保存断点
- 识别中断源并转中断服务程序
中断执行（中断程序完成）
- 接着中断响应周期的操作
- 保存现场和屏蔽字
- 开中断
- 执行中断服务程序
- 关中断
- 恢复现场和屏蔽字
- 开中断、中断返回
多重中断和中断屏蔽
- 多重中断：中断内可以嵌套中断
- 中断屏蔽（见后解题技巧及重要结论中的总结）
DMA 方式
DMA 控制器的组成
DMA 的传送过程
DMA 传送过程主要分为三步
- 预处理
- 准备内存区
- 设置传送参数
- 发送“启动 DMA ”命令，然后调度 CPU 执行其他进程
- 数据传送
- 整个数据传送过程由 DMA 单独完成
- 后处理
- 数据传输完成后，DMA 发出“ DMA 结束”给 CPU，转入中断服务程序，做一些数据校验等后处理工作
解题技巧及重要结论
- 显示器中的相关计算公式补充
- \(n=log_2(m)\) ，其中，m 为颜色数，n 为刷新存储器中存储单元的字长
- 磁盘相关计算公式补充
- \(数据传输率=转速(单位：*/s)\times 每个磁道的扇区数\times每个扇区上的数据量\)
- 中断优先级和屏蔽字的相互确定
- 依据优先级确定屏蔽字：依据优先级，某一级中断只能屏蔽自己及比自己低优先级的中断，故中断屏蔽字对应位数取 1 ，其他位取 0 。
- 依据屏蔽字确定优先级：比屏蔽字的二进制数据大小，大的优先级高
参考资料
- 计算机组成与系统结构.袁春风等
- 2020年计算机组成原理考研复习指导.王道论坛