IO接口概念

article/2025/9/4 10:58:40

本部分是作者在复习计算机组成原理时候参考王道视频做的笔记。
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I/O接口：又称I/O控制器(I/O Controller)、设备控制器，负责协调主机与外部设备之间的数据传输。

IO接口的作用

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数据缓冲:通过数据缓冲寄存器（DBR）达到主机和外设工作速度的匹配
错误或状态监测:通过状态寄存器反馈设备的各种错误、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:串-并、并-串等格式转换
与主机和设备通信:实现主机—I/o接口—I/o设备之间的通信

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这里将状态寄存器喝控制寄存器放在了一起。因为命令字后面没有必要在控制寄存器中，可以将设备信息完成情况放在状态寄存器。使用时间上是错开的，所以可以合二为一。
内部接口：内部接口与系统总线相连，实际上是与内存、CPU相连。现在主机侧的传输方式是串行传输的，在2000年之前是并行。
外部接口:外部接口通过接口电缆与外设相连，外部接口的数据传输可能是串行方式，因此l/O接口需具有串/并转换功能。

IO接口的工作原理

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IO控制器中的各种寄存器称为IO端口。
数据线：读写数据、状态字、控制字、中断类型号（当一个工作工作完成需要发送一个中断，当设备故障也要发中断，但是两种类型不一样，为了区别所以需要数据总线结合状态寄存器的内容让CPU知道是什么中断）
地址线：指明IO端口
控制线：读/写IO端口的信号、中断请求信号
①发命令:发送命令字（也称为控制字）到IO控制寄存器，向设备发送命令(需要驱动程序的协助)
②读状态:从状态寄存器读取状态字，获得设备或l/o控制器的状态信息
③读/写数据:从数据缓冲寄存器发送或读取数据，完成主机与外设的数据交换

如何确定要操作的设备？
每个设备对应一组寄存器，操作不同的寄存器就是在操作不同的设备。

接口与端口

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I/O端口是指接口电路中可以被CPU直接访问的寄存器。
I/O端口要想能够被CPU访问，必须要有端口地址，每一个端口都对应着一个端口地址。

统一编址和独立编址

1.统一编址

统一编址就是地址都是连续的。（把IO端口当做存储器的单元进行地址分配，用统一的访存指令就可以访问IO端口，又称存储器映射方式。靠不同的地址码区分内存和IO设备，IO地址要求相对固定在地址的某部分。）
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RISC精简指令集只有LOAD和STORE，通过这两个指令CPU可以对所有IO设备控制。

如系统总线中地址线共10根，则可以访问的存储单元个数为 $2^{10}$ =1024个，假设要给10个I/O端口编址:
1.0～9表示I/O地址，10～1023为主存单元地址
2.0 ~ 1013表示主存，1014~1023表示IO
3.10 ~ 19表示IO，0 ~ 9、20 ~ 1023表示主存

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