文档介绍：I/O设备与CPU和存储器的连接
1. 通过接口将许多子系统连接起来
2. 接口使用得最多的就是总线
3. 输入输出方式
◆直接传送
◆程序查询
◆中断
◆ DMA
◆通道
第六章输入/输出系统
总线
优点:低成本、多样性
缺点:必须独占使用,造成了设备信息交换的瓶颈,
从而限制了系统中总的I/O吞吐量。
1. 总线的设计
I/O设备与CPU和存储器的连接
选择
高性能
低价格
总线宽度
独立的地址和
数据总线
分时复用数据和
地址总线
数据总线
宽度
越宽越快
(例如:64位)
越窄越便宜
(例如:8位)
传输块大小
块越大总线开销越小
每次传送单字
总线主设备
多个(需要仲裁)
单个(无需仲裁)
分离事务
采用
不用
定时方式
同步
异步
I/O设备与CPU和存储器的连接
(1) 分离事务总线
在有多个主设备时,总线通过数据打包
来提高总线带宽,而不必在整个传输过程中
都占有总线。
地址
地址
1
地址
2
地址
3
数据
数据
0
数据
1
等待
等待
1
完成
1
I/O设备与CPU和存储器的连接
(2) 同步总线
同步总线上所有设备通过统一的总线系统
时钟进行同步。
优点:成本低,因为它不需要设备之间互相确
定时序的逻辑。
缺点:总线操作必须以相同的速度运行。
(3) 异步总线
异步总线上的设备之间没有统一的系统时
钟,设备自己内部定时。
I/O设备与CPU和/存储器的连接
2. 总线标准和实例
几种常用并行I/O总线
IDE /
Ultra ATA
SCSI
PCI
PCI-X
数据宽度
16bit
8 / 16bit
32 / 64bit
32 / 64bit
时钟频率
MHz
100
10(Fast)
20(Ultra)
40(Ultra2)
80(Ultra3)
160(Ultra4)
33 / 66
66 / 100 / 133
主设备数量
一个
多个
多个
多个
峰值带宽
200MB/s
320MB/s
533MB/s
1066MB/s
同步方式
异步
异步
同步
同步
标准
无
ANSI
无
无
几种常用串行I/O总线
I2C
1-wire
RS-232
SPI
数据宽度(bit)
1
1
2
1
信号线数量
2
1
9 / 25
3
时钟频率(MHz)
~ 10
异步
异步
总线主设备数量
多个
多个
多个
多个
峰值带宽(Mb/s)
~
1
同步方式
异步
异步
异步
异步
标准
无
无
EIA, ITU-T
无
I/O设备与CPU和存储器的连接
几种CPU-存储器互连系统
HP HyperPlane Crossbar
IBM SP
SUN Gigaplane-XB
数据宽度(bit)
64
128
128
时钟频率(MHz)
120
111
总线的主设备数
多个
多个
多个
每端口峰值带宽
(MB/s)
960
1700
1300
总峰值带宽(MB/s)
7680
14200
10667
同步方式
同步
同步
同步
标准
无
无
无
I/O设备与CPU和存储器的连接
设备的连接
1. 典型的总线连接
CPU
Cache
主存
I/O
控制器
图形显示
I/O
控制器
I/O
控制器
总线适配器
网络
CPU
-主存总线
I/O
总线
I/O设备与CPU和存储器的连接
2. CPU寻址I/O设备的方式
◆存储器映射I/O或统一编址
◆ I/O设备单独编址
无论选择哪一种编址方法,每个I/O设备
都提供状态寄存器和控制寄存器。
3. 设备的连接和工作方式
直接传送、程序查询、中断、DMA、I/O处理机
I/O设备与CPU和存储器的连接