计算机组成原理第8节课件.pptVIP

第八章 输入输出系统 8.1 外围设备的速度分级和信息交换方式 8.2 程序查询方式 8.3 程序中断方式 8.4 DMA方式 8.5 通道方式 8.6 通用I/O标准接口 8.1 外围设备的速度分级与信息交换方式 如果把高速工作的主机同不同速度工作的外围设备相连接，如何保证主机与外围设备在时间上同步? 1.速度极慢或简单的外围设备 不需要CPU和外设之间的时间同步！ 2.慢速或中速的外围设备 采用异步定时方式 外设有“准备就绪”状态位； CPU查询状态位，置位时就读走； 否则，在不丢失输入情况下，过会儿再查询。 3.高速的外围设备 采用同步定时方式 CPU和外设之间的数据交换由时钟脉冲控制。 8.1.2 信息交换方式 幼儿园阿姨给10个小孩发糖吃，每个小孩分2块糖，还想吃可再发给他。 方法一：盯着小孩吃完糖，不干别的。 方法二：小孩吃完糖，举手再要。 方法三：允许小孩连续吃2块糖，吃完再举手。 方法四： 把发糖的事交给另一个人分管，必要时老师才过问。 1. 程序查询方式 2. 程序中断方式 外设输入或输出数据就绪时，主动通知CPU。 CPU如果可以响应中断请求， 暂停现行程序，保护好“断点”； 转“中断服务程序”，完成对外设的读或写； 再回到原程序，继续执行。 3. 直接内存访问(DMA)方式 外设控制器(接口卡)中有DMA控制器 和CPU分时使用总线； 数据交换不经过CPU，而直接在内存和外围设备之间进行。 外设DMA传送完成后，一般发中断请求，通知CPU做DMA后处理。 4. 通道方式 通道是专用于I/O的处理器，也称IOP。 实现对外围设备的统一管理和外围设备与内存之间的数据传送。 进一步减少CPU参与I/O过程。 5. 外围处理机方式 通道可进一步发展成外围处理机(PPU)。 PPU基本独立于主机工作，甚至是一台PC。 在中、大型机中，常有PPU。 8.2 程序查询方式 8.2.1 设备编址 用程序实现输入/输出的数据传送，外围设备有两种不同的编址方法。 统一编址：外设和内存一起编排地址。可用访内指令访问I/O设备。 外设不需要专用的指令组。 单独编址：内存地址和I/O设备地址是分开的，访问内存和访问I/O设备使用不同操作码的指令。 8.2.2 输入输出指令 8.2.3 程序查询接口 设备选择电路 数据缓冲寄存器 设备状态寄存器 8.2.4 程序查询输入/输出方式 程序查询方式是利用程序控制实现CPU和外部设备之间的数据传送。 8.3 程序中断方式 中断屏蔽：CPU中可设置中断屏蔽寄存器，“挡住”中断请求。 “关中断”：中断屏蔽标志置“1”，屏蔽所有中断请求； “开中断”：中断屏蔽标志置“0”，允许所有中断请求。 中断处理过程的说明 中断源：引起中断的事件或原因。 外设的数据传送请求 系统定时请求 电源掉电等故障 运算出错等错误 程序异常或调试请求 8.2.2 程序中断方式的基本接口 单级中断和多级中断 根据计算机系统对中断处理的策略不同，可分为单级中断系统和多级中断系统。 单级中断:所有中断源属于同一级，当响应某中断请求时，不允许其他中断源打断当前中断服务程序。 多级中断：优先级高的中断请求可打断已在运行的其他中断源的中断服务程序。 8.2.3 单级中断 各中断源有优先级的差别 离CPU近的优先权高，存在一个由硬件决定的响应优先级。 当多个中断源请求时，CPU选择优先级最高的予以响应。 单级中断的示意图 中断向量 中断向量指示中断服务程序的入口。 例：某中断源的中断服务程序的起始地址(即入口)是主存地址001011，则中断向量为001011。 若采用基址寻址，向量地址只是偏移量，位移量加基地址得到中断处理程序的入口地址。 向量地址转移方法：向量地址指向转移指令，可转入设备各自的中断服务程序入口。 中断向量可由硬件产生，转中服快！ 8.2.4 多级中断 优先级高的中断请求可打断已在运行的其他中断源的中断服务程序。 一维多级中断 二维多级中断 中断响应顺序和中服完成顺序 硬件决定响应顺序 链式查询决定同一级内的中断响应顺序； 排队电路决定不同级间的中断响应顺序； 软件决定完成顺序 每个中服可修改中断屏蔽寄存器； 可屏蔽较高级中断请求，开放较低级中断请求。 8.2.5 中断控制器(8259) 信息交换方式 8.3 DMA方式 程序控制传送方式的不足： 外设→CPU→存储器 外设←CPU←存储器 直接存储器存取DMA： 外设→存储器 外设←存储器 DMA方式：直接内存访问，数据不经CPU，直接在外设和内存之间传送，无需保护CPU现场； DMA控制器负责地址修改和传送计数，适合高速设备的成组传送。 DMA控制器访问内存的方式 停止CPU访问内存 总线周期挪用 D