大学计算机组成原理--第9章、输入输出原理分解.pptx

1 第九章、输入输出原理outline 程序查询方式 程序中断方式 直接内存访问方式 通道方式 外围处理机方式 2 程序查询方式 数据传输完全依赖于程序控制 CPU与外设之间的操作能够同步 硬件结构简单 频繁的查询动作浪费了大量宝贵的CPU时间 最古老的一种方式，目前很少使用 3 查询方式CPU处理过程 启动设备 查询设备状态 传送数据 内存地址递增 传送量计数 关闭设备 准备好 传送完 N N Y Y 4 程序中断方式 外围设备主动通知CPU，准备数据传输 当中断发生时，CPU中断当前的工作，转向中断处理子程序，该程序用于数据传输。 提高了CPU的使用效率。 适合随机出现的服务 硬件结构相对复杂，服务开销时间大 5 直接内存访问DMA方式 用于成组交换数据的场合 中断方式不适合于成组数据交换 由硬件执行I/O交换的工作方式 DMA控制器从CPU接管总线控制，数据交换无须CPU干预，直接在内存以及外围设备之间进行，节约了中断开销 需要更多硬件 6 通道方式 分担CPU的I/O 处理的功能 通道是一个具有特殊功能的输入/输出处理器(IOP) 可以实现外围设备的统一管理和DMA操作 大大提高了CPU工作效率 花费更多的硬件代价 7 外围处理机方式(PPU) PPU方式是通道方式的进一步延伸； 独立于主机工作 8 信息交换方式 程序查询方式 程序中断方式 直接内存访问方式 通道方式 外围处理机方式 9 程序中断方式 中断基本概念 程序中断基本接口 中断仲裁方式 中断控制器 10 中断基本概念 CPU暂时中止现行程序的执行，转去执行为某个随机事件服务的中断处理子程序，处理完毕后自动恢复原程序的执行 保存断点，保护现场； 恢复现场，返回断点。 一条指令结束时切换。 保证程序的完整性。 11 中断意义… 非正常的现象: 运算溢出、除零、死循环或电压下降等 外部设备要求传送信息 中断技术赋于计算机应变能力，将有序的运行和无序的事件统一起来，大大增强了系统的处理能力 12 程序中断处理示意图 主程序 A请求中断 B请求中断 C请求中断 A中断服务子程序 B中断服务子程序 C中断服务子程序 13 中断程序与子程序 子程序调用是由主程序安排在特定位置上的，与主程序存在必然联系。 中断随机发生，可在程序任何一个位置切换，没有直接联系。 14 中断作用 实现主机和外部设备并行工作 使用中断技术后，CPU原来用于查询外设状态的时间被充分地利用起来了，其工作效率得到了显著的提高。 主程序 启动设备 设备请求中断 设备准备 中断服务 15 两种控制方式中CPU运行轨迹 16 中断作用 故障处理 系统能在故障出现时发出中断信号，调用相应的处理程序，将故障的危害降到最低程度，并请求系统管理员排除故障。 实时处理 计算机在现场测试和控制、网络通讯、人机对话时都具有强烈的实时性，中断技术能确保实时信号的处理。 17 中断的类型 中断 内中断 外中断 ( 强迫中断 ) 自愿中断 —— 本质属子程序调用 强迫中断 硬件故障 软件出错 不可屏蔽中断 可屏蔽中断 18 中断优先级 多个设备同时产生中断请求，CPU必须采用一定的策略进行响应 优先级——CPU响应并处理中断请求的先后次序 优先级高的先响应 优先级高的设备的中断请求可以中断CPU当前所服务的优先级低的服务程序 19 中断优先级… CPU设定优先级：优先级随执行程序而改变(如执行某设备的服务程序，CPU的优先级就与该设备的优先级一样) 凡是低于或者等于当前优先级的设备请求均要屏蔽 CPU在程序开始执行时，就设置设备接口中的中断屏蔽触发器(INM)状态(如CPU当前优先级是3级(0为最高级)，则将3级以上的低优先级设备接口中的INM置“1”即屏蔽，其他置“0”) 20 划分优先级的一般规律 硬件故障中断属于最高级， 其次是程序错误中断 非屏蔽中断优于可屏蔽中断 DMA请求优先于I/O设备传送的中断请求 高速设备优于低速设备，输入设备的中断优于输出设备，实时设备优先于普通设备 同一优先等级中可以包括多台设备，这些设备中离计算机近的优先，形成了二维优先等级。 21 二维优先级示意图 22 中断屏蔽 中断屏蔽技术可动态改变各设备的优先级。 响应优先级 CPU对各设备中断请求进行响应，并准备好处理的先后次序，这种次序往往在硬件线路上已固定，不便于变动。 处理优先级。 CPU实际对各中断请求处理的先后次序。如果不使用屏蔽技术，响应的优先次序就是处理的优先次序。 23 中断屏蔽方式 24 中断屏蔽位 CPU响应中断后，正在执行中断服务子程序时，可