输入输出技术

编址方法

计算机系统中存在多种 内存与接口地址的编址方法，常见的是下面两种：

内存与接口地址独立编制方法

内存地址和接口地址是 完全独立的两个地址空间。访问数据时所使用的指令也完全不同，用于接口的指令只用于接口的读/写，其余的指令全都是用于内存的。

因此，在编程序或读程序时很易使用和辨认。这种编址方法的缺点是用于接口的指令太少、功能太弱。

内存与接口地址统一编址方法

内存地址和接口地址 统一在一个公共的地址空间里，即内存单元和接口 共用地址空间，优点是原则上用于内存的指令全都可以用于接口，这就大大地增强了对接口的 操作功能，而且在指令上也不再区分内存或接口指令。该编址方法的 缺点就在于整个地址空间被分成两部分，其中一部分分配给接口使用，剩余的为内存使用，这经常会导致内存区域不连续。

计算机与外设间的数据交互方式

• 程序控制（查询）方式：CPU 主动查询外设是否完成数据传输，效率极低。

• 程序中断方式：外设完成数据传输后，向 CPU 发送中断，等待 CPU 处理数据，效率相对较高。中断响应时间指的是从发出中断请求到进入中断处理程序；中断处理时间指的是从中断处理开始到中断处理结束。中断向量提供中断服务程序的入口地址。多级中断嵌套，使用堆栈来保护断点和现场。

• DMA 方式（直接主存获取）：CPU 只需要完成必要的初始化等操作，数据传输的整个过程都由 DMA 控制器来完成，在主存和外设之间建立直接的数据通路，效率很高。

在一个总线周期结束后，CPU 会响应 DMA 请求开始读取数据；CPU 响应程序中断请求是在一条指令执行结束时。DMA 请求相当于是建立一个通道，是一个总线周期

中断流程

• 保护断点是保护 PC 中的值。

总线结构

总线（Bus），是指 计算机设备和设备之间传输信息的公共数据通道。总线是连接计算机硬件系统内多种设备的通信链路，它的一个重要特征是 由总线上的所有设备共享，因此可以将计算机系统内的多种设备连接到总线上。

从广义上讲，任何连接两个以上电子元器件的导线都可以称为总线，通常分为以下三类：

• 内部总线：内部芯片级别的总线，芯片和处理器之间通信的总线。

• 系统总线：是板级总线，用于计算机内各部分之间的连接，具体分为 数据总线（并行传输数据位）、地址总线（系统可管理的内存空间大小）、控制总线（传送控制命令）。代表的有 ISA、EISA、PCI 总线。

• 外部总线：设备一级的总线，微机和外部设备的总线。代表的有 RS232（串行总线）、SCSI（并行总线）、USB（通用串行总线、即插即用，支持热插拔）。

总线周期、总线宽度

总线周期：CPU 完成一次完整的数据传输所需要的时间，包括地址阶段、数据阶段以及其它可能的操作。

总线宽度：CPU 与其它部件的数据总线的位宽，即同时能传输数据的位数。

时钟频率、时钟周期

时钟频率是指计算机内部时钟发生器产生的信号频率，用来同步计算机内部的各种操作。时钟频率决定了计算机内部操作的速度，通常以赫兹（Hz） 为单位。

提示

频率表示每秒钟发生的周期性时间的数量。K、M、G 之间的关系是 1000 的倍数。

时钟周期是指一个时钟周期持续的时间，它是时钟频率的倒数。如果时钟频率是以赫兹为单位，那么时钟周期就是以秒为单位。

计算机可靠性

可靠性指标

• 平均无故障时间 MTTF = 1/失效率
• 平均无故障修复时间 MTTR = 1/修复率
• 平均故障间隔时间 MTBF = MTTF + MTTR。
• 系统可用性 = MTTF/(MTTF+MTTR)*100%

串并联系统可靠性

无论什么系统，都是由多个设备组成的，协同工作，而这多个设备的组合方式，可以是串联、并联，也可以是混合模式，假设每个设备的可靠性为 $R_1,R_2...R_n$, 则不同的系统可靠性公式如下:

串联系统，一个设备不可靠，整个系统崩溃，整个系统可靠性 $R = R_1 \times R_2 \times ... \times R_n$。

并联系统，所有设备都不可靠，整个系统才崩溃，整个系统的可靠性 $R = 1-(1-R_1) \times (1-R_2) \times ... \times (1-R_n)$。

提示

并联系统的可靠性需要根据不可靠性去计算。

N 模冗余系统：N 模冗余系统由 N 个（N = 2n+1）相同的子系统和一个表决器组成，表决器把 N 个子系统中占多数相同结果的输出作为输出系统的输出，如上图所示。在 N 个子系统中，只要有 n+1 个或 n+1 个以上的子系统能正常工作，系统就能正常工作，输出正确的结果。