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計算機構成論II 入出力編 (全15回）
電気情報系学科
横田孝義
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授業計画
休講 （補講12・4）命令レジスタ プログラム カウンタ 命令デコーダ ＡＬＵ 算術論理 演算 ユニット レ ジ ス タ 群 メモリ部 入出力部 制御部 演算部
CPU
9. 入出力部
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９ 入出力
紙テープ 磁気テープ 60－70年代 70－90年代９ 入出力
60－70年代 テレタイプ ラインプリンタ 70－90年代 80年代～ レーザービーム プリンタ 90年代～ インクジェット プリンタ7
９ 入出力
60－70年代 テレタイプ 音響カプラーとＴＳＳ端末（感熱紙プリンタ） 蓄積管 ディスプレー 70年代 （テクトロ 4014) 4k ディスプレー 2014～９ 入出力
世界初のマウス 70年代後半 ライトペン 60年代 タッチパネル 90年代～9
９．１ 入出力インターフェース
シリアル（直列）データ伝送インターフェース
一本の信号線を用いて1bitずつ順に伝送する
ケーブルが細くできる
コネクタを小さくできる
パラレル（並列）データ伝送インターフェース
複数の信号線を用いて複数bitを同時に伝送する
ケーブルが太くなる
コネクタが大きくなる
シリアル（直列）データ伝送インターフェース
RS-232C 古くから使われているシリアルインターフェース。
伝送速度は10kbps程度の場合や100kbps～200kbps程度。
アナログ電話回線を使ったモデムなどで利用。
伝送距離15ｍ
最近のＰＣでは標準搭載されなくなって 来ている。11
USB Universal Serial Bus インターフェース
ユニバーサル（汎用）・シリアル・バスの名の示す通り、ホスト機器に さまざまな周辺機器を接続するためのバス規格であり、最初の規格となる USB1.0は1996年に登場。 従来からのRS-232CシリアルポートやIEEE 1284パラレルポート、マウスやキー ボードを接続したPS/2端子の置き換えを狙って開発された。 USB規格では、1つのバスについて周辺機器は最大で127台接続可能である。 接続口が足りない場合には、ツリー状に拡張できるUSBハブの使用も想定して いる。 USB2.0の登場によって転送速度に大幅な向上がみられ、従来のIDE やSCSI、 イーサネットなど高速転送規格が必要だった機器との接続にも用いられている。 USBはホスト機器と周辺機器を接続する規格であり、周辺機器同士の 直接接続には非対応である。
USB Universal Serial Bus インターフェース
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USB Universal Serial Bus インターフェース
+Data -Data VOH(min) VOL(max) VOH(min) VOL(max) 0 1 0 1 0 1 0 1 0 USBでは極性の反転させた2本の信号線を用いてデータを転送する。 差動伝送である。これによって同相ノイズの影響を軽減している。
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USB Universal Serial Bus 規格
規格名 仕様発行日 最大データ 転送速度 給電能力 (5V) USB 1.0 1996年1月 12Mbit/s -- USB 1.1 1998年9月 12Mbit/s --
USB 2.0 2000年4月 480Mbit/s 500mA USB 3.0 2008年11月 5Gbit/s 900mA
一つのバス
最大 127 機器接続可能
パラレル（並列）データ伝送インターフェース
(1) セントロニクス
(2) SCSI
24pinコネクタ プリンタとのインターフェースなどに 用いられた。 USBの普及により ほとんど使われなくなった。17
(2) SCSI
パラレル（並列）データ伝送インターフェース
68ピンｍ80ピンとピン数が多いた めコネクタが大きい ATAPIやUSBの普及により ほとんど使われなくなった。入出力制御
プログラム入出力方式
命令レジ スタ プログラム カウンタ 命令デ コーダ ＡＬＵ 算術論 理演算 ユニット レ ジ ス タ 群 入力装置 制御部 演算部CPU
出力装置 入力バッファ 出力バッファ メモリ メモリマップI/Oの場合入出力19
入出力制御
プログラム入出力方式
CPUが入出力装置との同期（バッファが空/満杯の管理）や入出力準備、 入出力完了などの確認）する方法には２つある。 すなわち、 ①CPUが確認を実行し未完了の場合は待つ、あるいはCPUが状況を 周期的に監視し、未完の場合は他の処理を実行する ->ポーリング方式 ②完了したらCPUに割り込みをかけて完了を知らせる方式 このほうがCPUの使用効率は高い． ->割り込み方式DMA(Direct Memory Access)方式
DMA装置 CPU 主記憶 入出力装置 入出力装置 入出力装置 入出力装置CPU-メモリバス
入出力バス
CPUはDMA装置に入出力を依頼 指定された語数分のデータ転送を 実行。終了したらCPUに割り込みを発行21
