文档介绍：第八章输入/输出系统
一、定时方式与信息交换方式
二、程序中断方式
三、DMA方式
四、通道方式
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一、外围设备的定时方式与信息交换方式
输入/输出:是外部设备与CPU或主存系统之间信息交换的过程。
输入输出设备同CPU交换数据的过程:
输入过程:
CPU送地址选择某一输入设备;
CPU等候数据成为有效;
CPU读入数据,存入相应的寄存器中。
输出过程:
CPU送地址选择某一输出设备;
CPU把数据放在数据总线上;
输出设备取数据。
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CPU与外设之间定时方式:与速度相关。
速度极慢或简单的外设:直接交换。
中速的外设:采用应答式交换,即异步定时方式。
高速外设:同步定时方式
主机与外设信息交换方式
直接程序控制方式:CPU通过I/O 指令对I/O设备进行访问,主机与外设交换信息的每一过程均在程序中表示出来。
立即程序传送方式:不询问外设状态,根据程序情况随时向外设传送数据。
程序查询方式:根据外设的工作状态,在相应外设准备好时再向外设传送数据。
优点:操作简单。
缺点:CPU效率低。
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主机与外设信息交换方式(续)
程序中断方式:当有某些随机事件发生时CPU暂停执行当前的程序,转去执行引起中断的程序,处理完后再返回继续执行原程序。
优点: CPU效率高;
缺点:大批量传送速度慢。
直接内存访问(DMA)方式:通过硬件控制总线,实现主存与I/O设备间的直接数据传送,在传送过程中无需CPU程序干预。
优点:CPU效率高,速度快,适合大批量数据传送;
缺点:增加硬件。
通道方式:通过执行通道(一种专用控制器)程序进行I/O操作的管理。
外围处理机方式:功能更强的通道方式。
主机对外设的控制方式
IOP处理机方式
中断方式
程序查询方式
DMA方式
通道方式
主要由程序完成
主要由附加硬件来完成
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二、程序中断方式
1 中断概念
中断(程序中断):当有某些随机事件发生时CPU暂停执行当前的程序,转去执行引起中断的程序,处理完后再返回继续执行原程序。
中断特征:程序转换和随机性、排优性。
中断作用:
实现CPU与外设并行工作;
提高系统处理故障的能力,增强系统的可靠性;
实现实时处理;
系统调度;
实现人机交换;
实现多机通信。
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中断处理过程的流程
中断请求:中断源(分成可屏蔽中断和非屏蔽中断)请求CPU为自己服务的过程;
排优:当有几个中断同时请求时,按照优先排队顺序响应;
中断响应: (硬件完成)
CPU进入中断响应周期(INTA),如是非屏蔽中断马上响应;如是可屏蔽中断则在中断允许有效(IM=0)下响应中断;
保存程序计数器值和状态寄存器值,关中断允许标志(EI=0),读中断服务程序入口地址。
中断处理:(即运行中断服务子程序)保护现场,执行中断服务程序,恢复现场。
中断返回:恢复被中断程序处地址,继续执行原程序。
中断请求
处理中断
响应中断
保存主程序现场
识别中断源,保存PC
开中断
关中断
恢复主程序现场
取指令
执行指令
查询中断
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2 程序中断方式的基本接口
中断基本接口模型
BS:启动接口工作标志触发器。
RD:外设准备就绪标志触发器。
EI:允许外设中断触发器。
中断向量逻辑:形成中断服务子程序的入口地址。
数据缓冲寄存器:暂存数据。
设备选择: 地址译码逻辑。
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3 单级中断:
所有中断优先级相同,一旦响应一个中断后,只有服务完才可响应其他中断。
系统结构:公共请求线方式。
中断源识别方式:链式查询方式
查询顺序决定优先级。
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向量地址:当CPU响应中断时,由硬件直接产生一个固定的地址,即向量地址。由向量地址指出每个中断源设备的中断服务程序入口,此方法称为向量中断。
一级向量方式:地址码直接对应中断程序入口地址;
二级向量方式:地址码对应中断程序入口地址的地址。
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4 多级中断:
中断处理有不同的优先级,可以实现中断嵌套。
一维中断:同一个优先级里只有一个中断源。
二维中断:同一个优先级里有多个中断源。
特点
每级中断,CPU中都有相应的中断请求触发器,及中断屏蔽触发器。
在多级中断之间可以实现中断嵌套,但在同一级不可以。
中断优先顺序由硬件设定。
由中断堆栈按顺序保护现场。
中断源识别方法:设计专门的优先排队逻辑和向量逻辑。
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