《计算机组成原理(第四版)》：输入输出系统.ppt

第八章 输入输出系统 8.1外围设备的定时方式和信息交换方式 8.2程序查询方式 8.3程序中断方式 8.4DMA方式 8.5通道方式 8.6通用I/O标准接口 8.1外围设备的定时方式和信息交换方式 一、外围设备的速度分级 外设种类繁多，存在以下几种情况： 不同种类的外设数据传输速率差别很大 同一种设备在不同时刻传输速率也可能不同 高速的CPU与速度参差不齐的外设怎样在时间上同步呢？ 解决办法时在CPU和外设之间数据传送时加以定时。 速度极慢或简单的外设 CPU只需要接受或者发送数据即可 慢速或者中速的设备 可以采用异步定时的方式 高速外设 采用同步定时方式 8.1外围设备的定时方式和信息交换方式 二、信息交换方式 程序查询方式 程序中断方式 DMA方式 通道方式 8.2程序查询方式 1、设备编址 统一编址 独立编址 2、输入输出指令 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程序查询方式 8.3 程序中断方式 8.3.1中断的概念、功能? 8.3.2程序中断方式的基本接口? 8.3.3单级中断 8.3.4多级中断 8.3.5Pentium中断机制 8.3.1中断的概念、功能?? 中断（Interrupt）是指CPU暂时中止现行程序，转去处理随机发生的紧急事件，处理完后自动返回原程序的功能和技术。中断系统是计算机实现中断功能的软硬件总称。一般在CPU中设置中断机构，在外设接口中设置中断控制器，在软件上设置相应的中断服务程序。 8.3.1中断的概念、功能 中断系统的功能包括： (1)实现主机和外设的并行工作； (2)处理故障； (3)实现多道程序和分时操作； (4)实时控制； (5)实现人机联系； (6)实现多机通信。 8.3.1中断的概念、功能 中断源：能够向CPU发出中断请求的事件。常见中断源有： 输入、输出设备中断。如键盘、打印机等工作过程中已做好接收或发送准备。 数据通道中断。如磁盘、磁带等要同主机进行数据交换等。 实时时钟中断。 故障中断。例如电源掉电、设备故障等要求CPU进行紧急处理等。 系统中断。如运算过程出现溢出、数据格式非法，数据传送过程出现校验错，控制器遇到非法指令等等。 为了调试程序而设置的中断。 8.3.1中断的概念、功能 中断处理过程注意几个问题： 响应中断时机：外界中断请求时随机的，但CPU只有在当前指令执行完毕后，才转至公操作 断点保护问题（PC，寄存器内容和状态的保存） 原子操作：开中断和关中断问题。 中断是由软硬件结合起来实现的 8.3.2程序中断方式的基本接口 设备选择器。设备选择器用来判别总线上送出的地址（或称呼叫的设备）是否为本设备，它实际上是设备地址的译码比较电路。 BS外设接口忙（BuSy）标志 RD外设准备就绪（ReaDy）标志 EI（Enable Interrupt中断允许触发器） IR（Interrupt Request）中断请求触发器 IM（Interrupt Mask）中断屏蔽触发器 8.3.3单级中断 所有中断源属于同一级，离CPU越近，优先级越高，图8.7类似于第六章的链式查询方式。 中断源的识别：串行排队链法 IR1，IR2，IR3为中断请求信号 IS1，IS2，IS3为中断选中信号 INTI为中断排队输入 INTO为中断排队输出 中断向量的产生 向量地址转移法 8.3.3单级中断 所有中断源属于同一级，离CPU越近，优先级越高，图8.7类似于第六章的链式查询方式。 中断源的识别：串行排队链法 IR1，IR2，IR3为中断请求信号 IS1，IS2，IS3为中断选中信号 INTI为中断排队输入 INTO为中断排队输出 中断向量的产生 向量地址转移法 8.3.3单级中断 中断向量： 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，这种方法通常称为向量中断。 8.3.4多级中断 概念 每级有一个中断优先权 一维多级中断和二维多级中断 说明： 一个系统有n级中断，则CPU中有n个IR，n个IM，某级中断被响应后，则关闭本级和低于本级的IM，开放更高级的IM。 多级中断可以嵌套，但同一级的中断不允许嵌套 中断响应时，确定哪一级中断和中断源采用硬件实现。采用了独立请求方式和链式查询方式相结合的方式。 使用多级堆栈保存现场（包括IM） 8.3.4多级中断 多级中断源的识别 中断优先排队电路 中断向量产生电路 举例 例1、参见图所示的二维中断系统。请问： (1)在中断情况下，CPU和设备的优先级如何考虑?请按降序排列各设备的中断优先级。 (2)若CPU现执行设备B的中断服务程序，IM2，IM1，IM0的状态是什么?如果CPU执行设 备D的