第十章输入输出系统.ppt

3.多重中断处理——中断嵌套 在处理某一个中断的过程中又发生了新的更高级中断源的中断申请，且CUP又处于开中断状态下，CPU就要中断该服务程序的执行，转去进行新的中断处理服务程序。一般情况下与它同级的或比它低级的新中断请求,CPU不能响应其请求。 中断优先级的响应次序由硬件排队线路决定。一旦设计完成，系统的优先级别就决定了，缺乏改变优先权级别的灵活性。 在有优先级中断屏蔽码控制的条件下，可以不改变系统排队线路，使其中断响应次序不同。 多重中断的概念 k l m k +1 l +1 m +1 第一次 中断 第二次 中断 第三次 中断 程序断点 k+1 , l+1 , m+1 中断屏蔽技术 10.3 DMA(Direct Memory Access) 输入输出方式 高速大容量存储器和主存之间交换时，若采用程序直接传送或程序中断传送的方式，则会有如下问题发生。 1）采用程序直接传送，主机工作效率受到限制。 2）采用中断控制数据传送可以提高主机效率，但用于高速外设和主机交换信息，会使主机处于频繁的中断与返回过程中，从而加重了与中断有关的额外负担（即保护旧现场，恢复新现场），这样降低了CPU的性能，还有丢失数据的可能。 DMA是l/O设备与主存之间由硬件组成的直接数据通路，主要用于高速I／O设备与主存之间的成组数据传送。 数据传送时是在DMA控制器控制下进行的，由DMA控制器给出当前正在传送的数据字的主存地址，并统计传送数据的个数以确定一组数据的传送是否已结束。在主存中要开辟连续地址的专用缓冲器，用来提供或接收传送的数据。在数据传送之前和结束后要通过程序或中断方式对缓冲器和DMA控制器进行预处理和后处理。 对磁盘的读写是以数据块为单位进行的，一旦找到数据块的起始位置就将连续地读写。 第十章输入输出系统 10.1 输入输出系统概述 I/O系统包括外部设备及其与主机之间的控制部件。 后者称之为设备控制器，有时也称为设备适配器或接口，其作用是控制并实现主机与外部设备之间的数据传送。 本章主要介绍设备控制器的工作原理及其与主机之间传送数据的协议，即系统总线。 输入输出接口的基本结构 CPU和外设之间通常传递的信息：数据、状态、控制 组成:寄存器组、控制逻辑电路、主机与接口和接口与I/O设备之间的信号联接线、数据地址线、控制状态信号线 CPU 控制电路 DR SR CR I/O 设备 地址 数据 IO/M RD WR 数据 状态 控制 10.1.1 输入输出设备的编址及设备控制器的基本功能 为了便于CPU对I/O设备进行寻址和选择，必须给众多的I/O设备进行编址，也就是说给每一台设备规定一些地址码，称之为设备号或端口地址。 一般有两种编址方式： (1) I/O端口独立编址 优：专门的I/O指令，与访存分开；指令执行快；不占内存地址空间。缺：需专用指令、寻址方式少 (2)存储器、I/O接口统一编址 优：访存指令可访问端口，这样寻址类型多，编程较方便。 缺：占用存储器空间；速度慢。 设备控制器的基本功能： （1）实现主机和外围设备之间的数据传送控制。其中包括设备选择、中断控制等。 （2）实现数据缓冲，以达到主机和外围设备之间速度的匹配。 （3）接受主机的命令，提供设备接口的状态，并按照主机的命令控制设备。 10.1.2 主机与外设间 数据传送控制方式 (1) 程序直接控制（program direct control ） 传递方式 (2) 程序中断传送（program interrupt transfer）方式 (3) 直接存储器存取（direct memory access） DMA方式 (4) I/O通道控制（I/O channel control）方式 (5) 外围处理机（peripheral processor unit）方式 1、 程序直接控制传送方式 又叫查询方式。是完全通过程序来控制主机和外围设备之间的信息传送。 通常的办法是在用户的程序中安排一段由输入输出指令和其他指令所组成的程序段直接控制外围设备的工作。也就是说CPU要不断地查询外围设备的工作状态，一旦外围设备“准备好”或“不忙”，即可进行数据的传送。 1、 程序直接控制传送方式 该方法是主机与外设之间进行数 据交换的最简单、最基本的控制方法。 无条件传送 只有在外设总处于准备好状态 程序查询方式 优点： 较好协调主机与外设之间的时 间差异 所用硬件少。 缺点： 主机与外设只能串行工作 主机一个时间段只能与一个外 设进行通讯 CPU效率低。 从I/O接口中读 一个字到CPU 从CPU向主存 写入一个字 CPU向I/O发