1、5.6 DMA方式方式5.5 程序中斷方式程序中斷方式5.4 程序查詢方式程序查詢方式5.3 I/O接口接口5.2 外部設(shè)備外部設(shè)備5.1 概述概述一、發(fā)展概況一、發(fā)展概況1. 早期早期分散連接分散連接CPU 和和 I/O設(shè)備設(shè)備 串行串行 工作工作程序查詢方式程序查詢方式2. 接口模塊和接口模塊和 DMA 階段階段總線連接總線連接CPU 和和 I/O設(shè)備設(shè)備 并行并行 工作工作3. 具有通道結(jié)構(gòu)的階段具有通道結(jié)構(gòu)的階段4. 具有具有 I/O 處理機(jī)的階段處理機(jī)的階段中斷方式中斷方式DMA 方式方式主存主存I/OI/O設(shè)備設(shè)備CPUCPU二、輸入輸出系統(tǒng)的組成二、輸入輸出系統(tǒng)的組成1. I/O

2、 軟件軟件(1) I/O 指令指令(2) 通道指令通道指令CPU 指令的一部分指令的一部分通道自身的指令通道自身的指令指出數(shù)組的首地址、傳送字?jǐn)?shù)、操作命令指出數(shù)組的首地址、傳送字?jǐn)?shù)、操作命令如如 IBM/370 通道指令為通道指令為 64 位位2. I/O 硬件硬件設(shè)備設(shè)備I/O 接口接口設(shè)備設(shè)備設(shè)備控制器設(shè)備控制器通道通道操作碼操作碼命令碼命令碼設(shè)備碼設(shè)備碼三、與主機(jī)的聯(lián)系方式三、與主機(jī)的聯(lián)系方式1. I/O 設(shè)備編址方式設(shè)備編址方式(1) 統(tǒng)一編址統(tǒng)一編址(2) 不統(tǒng)一編址不統(tǒng)一編址占用存儲(chǔ)空間，減少了主存容量占用存儲(chǔ)空間，減少了主存容量不影響主存容量，需專門的不影響主存容量，需專門的 I

3、/O 指令指令2. 設(shè)備選址設(shè)備選址用設(shè)備選擇電路識(shí)別是否被選中用設(shè)備選擇電路識(shí)別是否被選中3. 傳送方式傳送方式(1) 串行串行 (2) 并行并行4. 聯(lián)絡(luò)方式聯(lián)絡(luò)方式三種方式三種方式數(shù)據(jù)字?jǐn)?shù)據(jù)字命令字命令字命令字命令字0 1 1 0 1 0 0 0起始位起始位終止位終止位9.09 ms2 9.09 ms(1) 立即響應(yīng)立即響應(yīng)(2) 異步工作采用應(yīng)答信號(hào)異步工作采用應(yīng)答信號(hào) “Ready”“Strobe”I/O 接接 口口I/O 設(shè)設(shè) 備備CPU(3) 同步工作采用同步時(shí)標(biāo)同步工作采用同步時(shí)標(biāo)并行并行串行串行起始位起始位終止位終止位9.09 ms2 9.09 ms三、與主機(jī)的聯(lián)系方式三、與

4、主機(jī)的聯(lián)系方式5. I/O 設(shè)備與主機(jī)的連接方式設(shè)備與主機(jī)的連接方式(1) 輻射式連接輻射式連接(2) 總線連接總線連接 外設(shè)外設(shè) 外設(shè)外設(shè) 外設(shè)外設(shè) 主主機(jī)機(jī)不便于增刪設(shè)備不便于增刪設(shè)備每臺(tái)設(shè)備都配有一套每臺(tái)設(shè)備都配有一套控制線路和一組信號(hào)線控制線路和一組信號(hào)線便于增刪設(shè)備便于增刪設(shè)備三、與主機(jī)的聯(lián)系方式三、與主機(jī)的聯(lián)系方式四、四、I/O設(shè)備與主機(jī)信息傳送的控制方式設(shè)備與主機(jī)信息傳送的控制方式1. 程序查詢方式程序查詢方式CPU 和和 I/O 串行工作串行工作踏步等待踏步等待CPU讀讀I/O狀態(tài)狀態(tài)檢查狀態(tài)檢查狀態(tài)未準(zhǔn)備就緒未準(zhǔn)備就緒出錯(cuò)出錯(cuò)從從I/O接口中讀接口中讀 一個(gè)字到一個(gè)字到CPU

5、從從CPU向主存向主存 寫入一個(gè)字寫入一個(gè)字CPU向向I/O發(fā)發(fā) 讀指令讀指令CPU讀讀I/O狀態(tài)狀態(tài)檢查狀態(tài)檢查狀態(tài) 完成否完成否未準(zhǔn)備就緒未準(zhǔn)備就緒現(xiàn)行程序現(xiàn)行程序是是出錯(cuò)出錯(cuò)已準(zhǔn)備就緒已準(zhǔn)備就緒否否2. 程序中斷方式程序中斷方式I/O 工作工作CPU 不查詢不查詢CPU 暫?，F(xiàn)行程序暫停現(xiàn)行程序自身準(zhǔn)備自身準(zhǔn)備與主機(jī)交換信息與主機(jī)交換信息CPU 和和 I/O 并行工作并行工作 啟動(dòng)啟動(dòng) I/O設(shè)備設(shè)備現(xiàn)行程序現(xiàn)行程序 中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序KK+1沒有踏步等待現(xiàn)象沒有踏步等待現(xiàn)象中斷現(xiàn)行程序中斷現(xiàn)行程序四、四、I/O設(shè)備與主機(jī)信息傳送的控制方式設(shè)備與主機(jī)信息傳送的控制方式程序中斷方式流

6、程程序中斷方式流程CPU 向向 I/O 發(fā)讀指令發(fā)讀指令CPU 讀讀 I/O 狀態(tài)狀態(tài)檢查狀態(tài)檢查狀態(tài)完成否？完成否？CPU 做其他事情做其他事情I/O 設(shè)備工作設(shè)備工作準(zhǔn)備就緒準(zhǔn)備就緒CPU I/O從從 CPU 向主存寫入一個(gè)字向主存寫入一個(gè)字CPU 主存主存從從 I/O 接口中讀一個(gè)字到接口中讀一個(gè)字到CPUI/O CPU中斷請求中斷請求I/O CPU出錯(cuò)出錯(cuò)是是否否未錯(cuò)未錯(cuò)3. DMA 方式方式主存和主存和 I/O 之間有一條直接數(shù)據(jù)通道之間有一條直接數(shù)據(jù)通道不中斷現(xiàn)行程序不中斷現(xiàn)行程序周期挪用（周期竊?。┲芷谂灿茫ㄖ芷诟`取）CPU 和和 I/O 并行工作并行工作存取周期結(jié)束存取周期結(jié)束

7、CPU 執(zhí)行現(xiàn)行程序執(zhí)行現(xiàn)行程序CPU 執(zhí)行現(xiàn)行程序執(zhí)行現(xiàn)行程序DMA請求請求啟動(dòng)啟動(dòng)I/OI/O準(zhǔn)備準(zhǔn)備I/O準(zhǔn)備準(zhǔn)備一個(gè)存取周期一個(gè)存取周期實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)I/O與主存之間的傳送與主存之間的傳送四、四、I/O設(shè)備與主機(jī)信息傳送的控制方式設(shè)備與主機(jī)信息傳送的控制方式三種方式的三種方式的 CPU 工作效率比較工作效率比較存取周期結(jié)束存取周期結(jié)束CPU 執(zhí)行現(xiàn)行程序執(zhí)行現(xiàn)行程序CPU 執(zhí)行現(xiàn)行程序執(zhí)行現(xiàn)行程序DMA請求請求啟動(dòng)啟動(dòng)I/OI/O準(zhǔn)備準(zhǔn)備I/O準(zhǔn)備準(zhǔn)備一個(gè)存取周期一個(gè)存取周期實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)I/O與主存與主存之間的傳送之間的傳送CPU 執(zhí)行執(zhí)行現(xiàn)行程序現(xiàn)行程序CPU查詢等待并傳輸查詢等待并傳輸I/O

8、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)CPU 執(zhí)行執(zhí)行現(xiàn)行程序現(xiàn)行程序啟動(dòng)啟動(dòng)I/OI/O 準(zhǔn)備及傳送準(zhǔn)備及傳送指令執(zhí)行周期結(jié)束指令執(zhí)行周期結(jié)束CPU 執(zhí)行現(xiàn)行程序執(zhí)行現(xiàn)行程序CPU 執(zhí)行現(xiàn)行程序執(zhí)行現(xiàn)行程序啟動(dòng)啟動(dòng)I/O中斷請求中斷請求I/O準(zhǔn)備準(zhǔn)備I/O準(zhǔn)備準(zhǔn)備CPU 處理中斷服務(wù)程序處理中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)實(shí)現(xiàn) I/O 與主機(jī)之間的傳送與主機(jī)之間的傳送間間斷斷啟動(dòng)啟動(dòng)I/O啟動(dòng)啟動(dòng)I/OI/O準(zhǔn)備準(zhǔn)備中斷請求中斷請求啟動(dòng)啟動(dòng)I/OI/O準(zhǔn)備準(zhǔn)備一個(gè)存取周期一個(gè)存取周期DMA請求請求程序程序查詢查詢方式方式程序程序中斷中斷方式方式DMA 方式方式I/O 準(zhǔn)備及傳送準(zhǔn)備及傳送間間斷斷I/O準(zhǔn)備準(zhǔn)備I/O準(zhǔn)備準(zhǔn)備一、概述一、概

9、述主機(jī)主機(jī) 設(shè)備設(shè)備控制器控制器機(jī)、電機(jī)、電磁、光磁、光部分部分I/O接接口口外部設(shè)備外部設(shè)備外部設(shè)備大致分三類外部設(shè)備大致分三類鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)、顯示器鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)、顯示器 磁盤、光盤、磁帶磁盤、光盤、磁帶1. 人機(jī)交互設(shè)備人機(jī)交互設(shè)備2. 計(jì)算機(jī)信息存儲(chǔ)設(shè)備計(jì)算機(jī)信息存儲(chǔ)設(shè)備3. 機(jī)機(jī) 機(jī)通信設(shè)備機(jī)通信設(shè)備調(diào)制解調(diào)器等調(diào)制解調(diào)器等二、輸入設(shè)備二、輸入設(shè)備1. 鍵盤鍵盤2. 鼠標(biāo)鼠標(biāo)3. 觸摸屏觸摸屏按鍵按鍵判斷哪個(gè)鍵按下判斷哪個(gè)鍵按下將此鍵翻譯成將此鍵翻譯成 ASCII 碼碼 （編碼鍵盤法）（編碼鍵盤法）機(jī)械式機(jī)械式 金屬球金屬球 電位器電位器光電式光電式 光電轉(zhuǎn)換器光電轉(zhuǎn)換器4.

10、 其它輸入設(shè)備其它輸入設(shè)備光筆、畫筆與圖形板、圖像輸入設(shè)備光筆、畫筆與圖形板、圖像輸入設(shè)備三、輸出設(shè)備三、輸出設(shè)備1. 顯示器顯示器(1) 字符顯示字符顯示(2) 圖形顯示圖形顯示(3) 圖像顯示圖像顯示字符發(fā)生器字符發(fā)生器主觀圖像主觀圖像客觀圖像客觀圖像2. 打印機(jī)打印機(jī)(1) 擊打式擊打式(2) 非擊打式非擊打式點(diǎn)陣式（逐字、逐行）點(diǎn)陣式（逐字、逐行）噴墨（逐字）噴墨（逐字）激光（逐頁）激光（逐頁）四、其他四、其他I/O設(shè)備設(shè)備1. A/D、D/A2. 終端終端3. 漢字處理漢字處理完成顯示控制與存儲(chǔ)、鍵盤管理及通信控制完成顯示控制與存儲(chǔ)、鍵盤管理及通信控制模擬模擬/數(shù)字（數(shù)字?jǐn)?shù)字（數(shù)字/

11、模擬）轉(zhuǎn)換器模擬）轉(zhuǎn)換器漢字輸入、漢字存儲(chǔ)、漢字輸出漢字輸入、漢字存儲(chǔ)、漢字輸出由鍵盤和顯示器組成的獨(dú)立完整由鍵盤和顯示器組成的獨(dú)立完整I/O設(shè)備設(shè)備（1）漢字輸入）漢字輸入漢字編碼主要有三類，數(shù)字編碼、拼音碼、字形編碼，漢字編碼主要有三類，數(shù)字編碼、拼音碼、字形編碼，統(tǒng)稱輸入碼。統(tǒng)稱輸入碼。（2）漢字存儲(chǔ)）漢字存儲(chǔ) 漢字存儲(chǔ)包括漢字內(nèi)碼存儲(chǔ)和字形碼的存儲(chǔ)。漢字存儲(chǔ)包括漢字內(nèi)碼存儲(chǔ)和字形碼的存儲(chǔ)。四、其他四、其他I/O設(shè)備設(shè)備 漢字內(nèi)碼漢字內(nèi)碼是漢字信息在機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)、交換、檢索等是漢字信息在機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)、交換、檢索等過程中所使用的機(jī)內(nèi)代碼，通常用兩個(gè)字節(jié)表示，國過程中所使用的機(jī)內(nèi)代碼，通常用兩個(gè)字節(jié)

12、表示，國家制定，用兩個(gè)七位二進(jìn)制數(shù)編碼表示一個(gè)漢字。簡家制定，用兩個(gè)七位二進(jìn)制數(shù)編碼表示一個(gè)漢字。簡稱國標(biāo)碼。稱國標(biāo)碼。 每個(gè)英文字符對(duì)應(yīng)一個(gè)字節(jié)每個(gè)英文字符對(duì)應(yīng)一個(gè)字節(jié)ASCII碼，如碼，如31-1,41-A,61-a。ASCII碼最高位是碼最高位是0(所以最多所以最多128個(gè)編碼個(gè)編碼)，漢字將最高位置為，漢字將最高位置為1。當(dāng)讀取一個(gè)字節(jié)時(shí)，。當(dāng)讀取一個(gè)字節(jié)時(shí)，先判斷最高位是否為先判斷最高位是否為0。若是，則作英文符號(hào)處理；。若是，則作英文符號(hào)處理；若不是，再讀取下一個(gè)字節(jié)，兩個(gè)字節(jié)合一處對(duì)應(yīng)一若不是，再讀取下一個(gè)字節(jié)，兩個(gè)字節(jié)合一處對(duì)應(yīng)一個(gè)漢字。如，個(gè)漢字。如，B0A1-啊啊，D5FE

13、-政政。四、其他四、其他I/O設(shè)備設(shè)備 漢字字形碼漢字字形碼，也稱字模碼。用于漢字在顯示屏或打，也稱字模碼。用于漢字在顯示屏或打印機(jī)輸出。漢字字型碼通常有兩種表示方式：點(diǎn)陣或矢印機(jī)輸出。漢字字型碼通常有兩種表示方式：點(diǎn)陣或矢量表示方法。量表示方法。 點(diǎn)陣字型碼指的是這個(gè)漢字字型點(diǎn)陣點(diǎn)陣字型碼指的是這個(gè)漢字字型點(diǎn)陣的代碼。簡易型漢字為的代碼。簡易型漢字為16*16點(diǎn)陣（每一點(diǎn)陣（每一個(gè)點(diǎn)在存儲(chǔ)器中用一個(gè)二進(jìn)制位存儲(chǔ)，一個(gè)點(diǎn)在存儲(chǔ)器中用一個(gè)二進(jìn)制位存儲(chǔ)，一個(gè)字占個(gè)字占32字節(jié)），提高型字節(jié)），提高型24*24點(diǎn)陣，點(diǎn)陣，32*32點(diǎn)陣，點(diǎn)陣，48*48點(diǎn)陣等等。點(diǎn)陣規(guī)模愈點(diǎn)陣等等。點(diǎn)陣規(guī)模愈大，字

14、型愈清晰美觀，所占存儲(chǔ)空間也愈大，字型愈清晰美觀，所占存儲(chǔ)空間也愈大。大。 矢量表示方式存儲(chǔ)的是描述漢字字型的輪廓特征，矢量表示方式存儲(chǔ)的是描述漢字字型的輪廓特征，當(dāng)要輸出漢字時(shí)，通過計(jì)算機(jī)的計(jì)算，由漢字字型描當(dāng)要輸出漢字時(shí)，通過計(jì)算機(jī)的計(jì)算，由漢字字型描述生成所需大小和形狀的漢字點(diǎn)陣。矢量化字型描述述生成所需大小和形狀的漢字點(diǎn)陣。矢量化字型描述與最終文字顯示的大小，分辨率無關(guān)，因此可以產(chǎn)生與最終文字顯示的大小，分辨率無關(guān)，因此可以產(chǎn)生高質(zhì)量的漢字輸出。高質(zhì)量的漢字輸出。24*24點(diǎn)陣點(diǎn)陣四、其他四、其他I/O設(shè)備設(shè)備（3）漢字的輸出）漢字的輸出 漢字的輸出有漢字的輸出有打印輸打印輸出和顯示輸

15、出和顯示輸出（漢字字形碼，出（漢字字形碼，也稱字模碼）也稱字模碼）。五、多媒體技術(shù)五、多媒體技術(shù)1. 什么是多媒體什么是多媒體2. 多媒體計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)多媒體計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵技術(shù) 多媒體技術(shù)是專指于電腦程序中處理圖形、圖像、影音、多媒體技術(shù)是專指于電腦程序中處理圖形、圖像、影音、聲訊、動(dòng)畫等的電腦應(yīng)用技術(shù)。聲訊、動(dòng)畫等的電腦應(yīng)用技術(shù)。 通常的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可以處理文字、數(shù)據(jù)和圖形等信息，通常的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可以處理文字、數(shù)據(jù)和圖形等信息，而多媒體計(jì)算機(jī)除了處理以上的信息種類以外，還可以綜合處而多媒體計(jì)算機(jī)除了處理以上的信息種類以外，還可以綜合處理圖象、聲音、動(dòng)畫、視頻等信息，開創(chuàng)了計(jì)算機(jī)應(yīng)用的新

16、紀(jì)理圖象、聲音、動(dòng)畫、視頻等信息，開創(chuàng)了計(jì)算機(jī)應(yīng)用的新紀(jì)元。元。 （1）視頻和音頻數(shù)據(jù)的壓縮與解壓縮技術(shù)）視頻和音頻數(shù)據(jù)的壓縮與解壓縮技術(shù) （2）多媒體專用芯片）多媒體專用芯片 （3）大容量處理器）大容量處理器 （4）適用于多媒體技術(shù)的軟件）適用于多媒體技術(shù)的軟件一、概述一、概述為什么要設(shè)置接口？為什么要設(shè)置接口？1. 實(shí)現(xiàn)設(shè)備的選擇實(shí)現(xiàn)設(shè)備的選擇2. 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖達(dá)到速度匹配實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖達(dá)到速度匹配4. 實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換5. 傳送控制命令傳送控制命令6. 反映設(shè)備的狀態(tài)（反映設(shè)備的狀態(tài)（“忙忙”、“就緒就緒”、“中斷請求中斷請求”）3. 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)串實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)串 并格式轉(zhuǎn)換并格式轉(zhuǎn)換二、

17、接口的功能和組成二、接口的功能和組成(1) 設(shè)備選擇線設(shè)備選擇線(2) 數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線(3) 命令線命令線(4) 狀態(tài)線狀態(tài)線I/O 接口接口設(shè)備設(shè)備I/O 接口接口設(shè)備設(shè)備數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線命令線命令線狀態(tài)線狀態(tài)線I/O總線總線設(shè)備選擇線設(shè)備選擇線 總線連接方式的總線連接方式的 I/O 接口電路接口電路2. 接口的功能和組成接口的功能和組成功能功能組成組成選址功能選址功能傳送命令的功能傳送命令的功能傳送數(shù)據(jù)的功能傳送數(shù)據(jù)的功能反映設(shè)備狀態(tài)的功能反映設(shè)備狀態(tài)的功能設(shè)備選擇電路設(shè)備選擇電路命令寄存器、命令譯碼器命令寄存器、命令譯碼器數(shù)據(jù)緩沖寄存器數(shù)據(jù)緩沖寄存器設(shè)備狀態(tài)標(biāo)記設(shè)備狀態(tài)標(biāo)記完成觸發(fā)器完成觸發(fā)器

18、 D工作觸發(fā)器工作觸發(fā)器 B中斷請求觸發(fā)器中斷請求觸發(fā)器 INTR屏蔽觸發(fā)器屏蔽觸發(fā)器 MASK二、接口的功能和組成二、接口的功能和組成3. I/O 接口的基本組成接口的基本組成 命令寄存器命令寄存器和命令譯碼器和命令譯碼器 設(shè)備選擇設(shè)備選擇 電路電路 設(shè)備狀態(tài)設(shè)備狀態(tài) 標(biāo)記標(biāo)記 數(shù)據(jù)緩沖數(shù)據(jù)緩沖 寄存器寄存器DBR 控制邏輯電路控制邏輯電路I/O接口接口外外 部部 設(shè)設(shè) 備備數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線命令命令狀態(tài)狀態(tài)數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線命令線命令線狀態(tài)線狀態(tài)線CPU地址線地址線二、接口的功能和組成二、接口的功能和組成三、接口類型三、接口類型并行接口并行接口串行接口串行接口可編程接口可編程接口不可編程接口不可編程接

19、口通用接口通用接口專用接口專用接口1. 按數(shù)據(jù)按數(shù)據(jù) 傳送方式傳送方式 分類分類2. 按功能按功能 選擇的靈活性選擇的靈活性 分類分類3. 按按 通用性通用性 分類分類4. 按數(shù)據(jù)傳送的按數(shù)據(jù)傳送的 控制方式控制方式 分類分類中斷接口中斷接口DMA 接口接口Intel 8255Intel 8251Intel 8255、 Intel 8251Intel 8212Intel 8255、 Intel 8251Intel 8279、 Intel 8275Intel 8259Intel 8257一、程序查詢流程一、程序查詢流程檢查狀態(tài)標(biāo)記檢查狀態(tài)標(biāo)記1 設(shè)備設(shè)備1 準(zhǔn)備就緒？準(zhǔn)備就緒？檢查狀態(tài)標(biāo)記檢查狀

20、態(tài)標(biāo)記N 設(shè)備設(shè)備N準(zhǔn)備就緒？準(zhǔn)備就緒？處理設(shè)備處理設(shè)備1是是否否否否處理設(shè)備處理設(shè)備N是是1. 查詢流程查詢流程檢查狀態(tài)標(biāo)記檢查狀態(tài)標(biāo)記交換數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒準(zhǔn)備就緒?是是否否單個(gè)設(shè)備單個(gè)設(shè)備多個(gè)設(shè)備多個(gè)設(shè)備測測試試指指令令轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移移指指令令傳傳送送指指令令2. 程序流程程序流程設(shè)置主存緩沖區(qū)首址設(shè)置主存緩沖區(qū)首址設(shè)置計(jì)數(shù)值設(shè)置計(jì)數(shù)值傳送一個(gè)數(shù)據(jù)傳送一個(gè)數(shù)據(jù)修改主存地址修改主存地址修改計(jì)數(shù)值修改計(jì)數(shù)值結(jié)束結(jié)束I/O傳送傳送準(zhǔn)備好？準(zhǔn)備好？傳送完？傳送完？未完未完是是完完否否保存寄存器內(nèi)容保存寄存器內(nèi)容啟動(dòng)外設(shè)啟動(dòng)外設(shè)設(shè)備選擇電路設(shè)備選擇電路DBRQQ&數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線準(zhǔn)備就緒準(zhǔn)備就緒啟動(dòng)

21、命令啟動(dòng)命令地址線地址線SEL輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)啟動(dòng)設(shè)備啟動(dòng)設(shè)備設(shè)備工作設(shè)備工作 結(jié)束結(jié)束DB二、程序查詢方式的接口電路二、程序查詢方式的接口電路10 10以輸入為例以輸入為例例題：例題：程序查詢方式，不考慮處理時(shí)間，每次查詢操作需要程序查詢方式，不考慮處理時(shí)間，每次查詢操作需要100個(gè)時(shí)鐘周期，個(gè)時(shí)鐘周期，CPU的時(shí)鐘頻率為的時(shí)鐘頻率為50MHz。現(xiàn)有鼠標(biāo)和硬盤，。現(xiàn)有鼠標(biāo)和硬盤，CPU必須每秒對(duì)鼠標(biāo)進(jìn)行必須每秒對(duì)鼠標(biāo)進(jìn)行30次查詢，硬盤以次查詢，硬盤以32位字長為單位傳輸位字長為單位傳輸數(shù)據(jù)，即每數(shù)據(jù)，即每32位被位被CPU查詢一次，傳輸率為查詢一次，傳輸率為2MBps。求。求CPU對(duì)這對(duì)這

22、兩個(gè)設(shè)備查詢所花費(fèi)的時(shí)間比率，由此可得出什么結(jié)論？兩個(gè)設(shè)備查詢所花費(fèi)的時(shí)間比率，由此可得出什么結(jié)論？（1）CPU每秒對(duì)鼠標(biāo)進(jìn)行每秒對(duì)鼠標(biāo)進(jìn)行30次查詢所需時(shí)鐘周期數(shù)：次查詢所需時(shí)鐘周期數(shù)：100*30 = 3000鼠標(biāo)查詢所花費(fèi)的時(shí)間比率鼠標(biāo)查詢所花費(fèi)的時(shí)間比率 = 3000 / (50*106 ) * 100%= 0.006%解：解：結(jié)論：對(duì)鼠標(biāo)的查詢基本不影響結(jié)論：對(duì)鼠標(biāo)的查詢基本不影響CPU的性能。的性能。（2）CPU每秒對(duì)鍵盤查詢所需時(shí)鐘周期數(shù)：每秒對(duì)鍵盤查詢所需時(shí)鐘周期數(shù)：2MB / 32 *100 = 52.4*106花費(fèi)時(shí)間比率花費(fèi)時(shí)間比率 = 52.4*106 / (50*10

23、6 ) * 100% = 105%結(jié)論：即使結(jié)論：即使CPU將全部時(shí)間用于對(duì)硬盤的查詢也不能滿足磁盤傳將全部時(shí)間用于對(duì)硬盤的查詢也不能滿足磁盤傳輸?shù)囊?，因此輸?shù)囊?，因此CPU一般不采用程序查詢方式與磁盤交換數(shù)據(jù)。一般不采用程序查詢方式與磁盤交換數(shù)據(jù)。一、中斷的概念一、中斷的概念KK+1QQ+1中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序1中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序2入口入口1入口入口2二、二、I/O 中斷的產(chǎn)生中斷的產(chǎn)生以打印機(jī)為例以打印機(jī)為例發(fā)中斷請求發(fā)中斷請求 空閑空閑接收接收數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)接收接收數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備準(zhǔn)備發(fā)中斷請求發(fā)中斷請求打印打印打印打印打印機(jī)打印機(jī)執(zhí)行主程序執(zhí)行主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序繼續(xù)

24、執(zhí)行主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序響應(yīng)中斷響應(yīng)中斷中斷返回中斷返回響應(yīng)中斷響應(yīng)中斷中斷返回中斷返回 啟動(dòng)啟動(dòng)打印機(jī)打印機(jī)傳送傳送數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳送傳送數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)CPUCPU 與打印機(jī)并行工作與打印機(jī)并行工作三、程序中斷方式的接口電路三、程序中斷方式的接口電路1. 配置中斷請求觸發(fā)器和中斷屏蔽觸發(fā)器配置中斷請求觸發(fā)器和中斷屏蔽觸發(fā)器DQ&1INTR 中斷請求觸發(fā)器中斷請求觸發(fā)器INTR = 1 有請求有請求MASK 中斷屏蔽觸發(fā)器中斷屏蔽觸發(fā)器MASK = 1 被屏蔽被屏蔽來自來自 CPU 的的中斷查詢信號(hào)中斷查詢信號(hào)受設(shè)備本身控制受設(shè)備本身控制INTR D MASKQD 完成觸發(fā)器完成觸發(fā)器中斷請求中斷

25、請求2. 排隊(duì)器排隊(duì)器排隊(duì)排隊(duì)在在 CPU 內(nèi)或在接口電路中（鏈?zhǔn)脚抨?duì)器）內(nèi)或在接口電路中（鏈?zhǔn)脚抨?duì)器）硬件硬件軟件軟件 詳見第八章詳見第八章INTP1INTP2INTP3INTP4INTR1INTR2INTR3INTR4 1& 1& 1& 1& INTR1設(shè)備設(shè)備 1#、2#、3#、4# 優(yōu)先級(jí)按優(yōu)先級(jí)按 降序排列降序排列INTRi = 1 有請求有請求 即即 INTRi = 0三、程序中斷方式的接口電路三、程序中斷方式的接口電路1INTP11INTP21INTP31INTP4&INTR1INTR2INTR3INTR4INTR1INTR2INTR3IN

26、TR4 1& 1& 1& 1& INTP1INTP2INTP3INTP4INTR2INTR1INTR1INTR21&INTP2三、程序中斷方式的接口電路三、程序中斷方式的接口電路2. 排隊(duì)器排隊(duì)器3. 中斷向量地址形成部件中斷向量地址形成部件入口地址入口地址向量地址向量地址排隊(duì)器輸出排隊(duì)器輸出由軟件產(chǎn)生由軟件產(chǎn)生硬件向量法硬件向量法 顯示器服務(wù)程序顯示器服務(wù)程序 打印機(jī)服務(wù)程序打印機(jī)服務(wù)程序JMP 400JMP 300JMP 200主存主存12H13H14H200300向量地址向量地址入口地址入口地址入口地址入口地址中斷向量地址中斷向量地址 形成部件形成

27、部件 設(shè)備設(shè)備編碼器編碼器1 0 0 0000100100 1 0 000010011詳見第八章詳見第八章由由 硬件硬件 產(chǎn)生產(chǎn)生 向量地址向量地址再由再由 向量地址向量地址 找到找到 入口地址入口地址設(shè)備選擇電路設(shè)備選擇電路DBR DQ&數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線啟動(dòng)命令啟動(dòng)命令地址線地址線SEL輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)啟動(dòng)設(shè)備啟動(dòng)設(shè)備設(shè)備工作設(shè)備工作 結(jié)束結(jié)束&1QQDINTR BQQMASK 設(shè)備編碼器設(shè)備編碼器排隊(duì)器排隊(duì)器中斷查詢中斷查詢來自高一級(jí)來自高一級(jí) 的排隊(duì)器的排隊(duì)器至低一級(jí)至低一級(jí)的排隊(duì)器的排隊(duì)器向量地址向量地址中斷響應(yīng)中斷響應(yīng) INTA中斷請求中斷請求命令譯碼命令譯碼4. 程序中

28、斷方式接口電路的基本組成程序中斷方式接口電路的基本組成四、中斷處理過程四、中斷處理過程1. CPU 響應(yīng)中斷的條件和時(shí)間響應(yīng)中斷的條件和時(shí)間(1) 條件條件(2) 時(shí)間時(shí)間允許中斷觸發(fā)器允許中斷觸發(fā)器 EINT = 1用用 開中斷開中斷 指令將指令將 EINT 置置 “1”用用 關(guān)中斷關(guān)中斷 指令將指令將 EINT 置置“ 0” 或硬件或硬件 自動(dòng)復(fù)位自動(dòng)復(fù)位當(dāng)當(dāng) D = 1（隨機(jī)）且（隨機(jī)）且 MASK = 0 時(shí)時(shí)在每條指令執(zhí)行階段的結(jié)束前在每條指令執(zhí)行階段的結(jié)束前CPU 發(fā)發(fā) 中斷查詢信號(hào)中斷查詢信號(hào)（將（將 INTR 置置“1”）設(shè)備選擇電路設(shè)備選擇電路DBR DQ&數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)

29、線啟動(dòng)命令啟動(dòng)命令地址線地址線SEL輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)啟動(dòng)設(shè)備啟動(dòng)設(shè)備設(shè)備工作設(shè)備工作 結(jié)束結(jié)束&1QQDINTR BQQ MASK設(shè)備編碼器設(shè)備編碼器排隊(duì)器排隊(duì)器中斷查詢中斷查詢來自高一級(jí)來自高一級(jí) 的排隊(duì)器的排隊(duì)器至低一級(jí)至低一級(jí)的排隊(duì)器的排隊(duì)器向量地址向量地址中斷響應(yīng)中斷響應(yīng) INTA中斷請求中斷請求命令譯碼命令譯碼2. I/O 中斷處理過程中斷處理過程10&DBR設(shè)備選擇電路設(shè)備選擇電路01以輸入為例以輸入為例五、中斷服務(wù)程序流程五、中斷服務(wù)程序流程1. 中斷服務(wù)程序的流程中斷服務(wù)程序的流程(1) 保護(hù)現(xiàn)場保護(hù)現(xiàn)場(2) 中斷服務(wù)中斷服務(wù)(3) 恢復(fù)現(xiàn)場恢復(fù)現(xiàn)場(4) 中

30、斷返回中斷返回對(duì)不同的對(duì)不同的 I/O 設(shè)備具有不同內(nèi)容的設(shè)備服務(wù)設(shè)備具有不同內(nèi)容的設(shè)備服務(wù)中斷返回指令中斷返回指令2. 單重中斷和多重中斷單重中斷和多重中斷不允許中斷不允許中斷 現(xiàn)行的現(xiàn)行的 中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序單重單重 中斷中斷多重多重 中斷中斷允許級(jí)別更高允許級(jí)別更高 的中斷源的中斷源中斷中斷 現(xiàn)行的現(xiàn)行的 中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序中斷隱指令完成中斷隱指令完成進(jìn)棧指令進(jìn)棧指令出棧指令出棧指令程序斷點(diǎn)的保護(hù)程序斷點(diǎn)的保護(hù)寄存器內(nèi)容的保護(hù)寄存器內(nèi)容的保護(hù)3. 單重中斷和多重中斷的服務(wù)程序流程單重中斷和多重中斷的服務(wù)程序流程中斷否？中斷否？保護(hù)現(xiàn)場保護(hù)現(xiàn)場設(shè)備服務(wù)設(shè)備服務(wù)恢復(fù)現(xiàn)場恢復(fù)現(xiàn)場

31、開中斷開中斷中斷返回中斷返回取指令取指令執(zhí)行指令執(zhí)行指令中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序 中斷響應(yīng)中斷響應(yīng) 程序斷點(diǎn)進(jìn)棧程序斷點(diǎn)進(jìn)棧 關(guān)中斷關(guān)中斷 向量地址向量地址 PC中斷周期中斷周期是是中斷返回中斷返回保護(hù)現(xiàn)場保護(hù)現(xiàn)場設(shè)備服務(wù)設(shè)備服務(wù)恢復(fù)現(xiàn)場恢復(fù)現(xiàn)場開中斷開中斷開中斷開中斷開中斷開中斷中斷隱指令中斷隱指令中斷隱指令中斷隱指令否否取指令取指令執(zhí)行指令執(zhí)行指令中斷否？中斷否？否否 中斷響應(yīng)中斷響應(yīng) 程序斷點(diǎn)進(jìn)棧程序斷點(diǎn)進(jìn)棧 關(guān)中斷關(guān)中斷向量地址向量地址 PC中斷周期中斷周期是是中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序單重單重 多重多重 程序中斷接口芯片程序中斷接口芯片 8259A 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 內(nèi)部總線內(nèi)部總

32、線 緩沖器緩沖器讀讀 / 寫寫邏邏 輯輯級(jí)聯(lián)緩沖級(jí)聯(lián)緩沖器器/比較器比較器優(yōu)先權(quán)優(yōu)先權(quán)判別器判別器 ( PR ) 中斷中斷 服務(wù)服務(wù) 寄存寄存 器器(ISR) 中斷中斷 請求請求 寄存寄存 器器(IRR)中斷屏蔽寄存器中斷屏蔽寄存器 （IMR）控制邏輯控制邏輯INTINTAD7D0A0RDWRCSCAS0CAS1CAS2SP/ENIR0IR1IR2IR3IR4IR5IR6IR7內(nèi)部總線內(nèi)部總線主程序和服務(wù)程序搶占主程序和服務(wù)程序搶占 CPU 示意圖示意圖準(zhǔn)備工作準(zhǔn)備工作準(zhǔn)備工作準(zhǔn)備工作準(zhǔn)備工作準(zhǔn)備工作傳送數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)發(fā)中斷請求發(fā)中斷請求發(fā)中斷請求發(fā)中斷請求I/O宏觀宏觀 上上

33、CPU 和和 I/O 并行并行 工作工作微觀微觀 上上 CPU 中斷現(xiàn)行程序中斷現(xiàn)行程序 為為 I/O 服務(wù)服務(wù)主程序主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序啟動(dòng)外設(shè)啟動(dòng)外設(shè) 服務(wù)程序服務(wù)程序（傳送數(shù)據(jù)）（傳送數(shù)據(jù)） 服務(wù)程序服務(wù)程序（傳送數(shù)據(jù)）（傳送數(shù)據(jù)）繼續(xù)執(zhí)行主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序CPU一、一、DMA 方式的特點(diǎn)方式的特點(diǎn)1. DMA 和程序中斷兩種方式的數(shù)據(jù)通路和程序中斷兩種方式的數(shù)據(jù)通路CPU主主存存ACC 中斷接口中斷接口DMA 接口接口I/O 設(shè)設(shè) 備備中斷方式數(shù)據(jù)傳送通路中斷方式數(shù)據(jù)傳送通路輸入指令輸入指令輸出指令輸出指令DMA方式數(shù)據(jù)傳送通路方式數(shù)據(jù)傳送通路2. DMA 與主存交換數(shù)

34、據(jù)的三種方式與主存交換數(shù)據(jù)的三種方式(1) 停止停止 CPU 訪問主存訪問主存控制簡單控制簡單CPU 處于不工作狀態(tài)或保持狀態(tài)處于不工作狀態(tài)或保持狀態(tài)未充分發(fā)揮未充分發(fā)揮 CPU 對(duì)主存的利用率對(duì)主存的利用率主存工作時(shí)間主存工作時(shí)間CPU不執(zhí)行程序不執(zhí)行程序DMA不工作不工作DMA不工作不工作DMA工作工作 CPU控制控制并使用主存并使用主存 DMA控制控制并使用主存并使用主存t一、一、DMA 方式的特點(diǎn)方式的特點(diǎn)(2) 周期挪用（或周期竊?。┲芷谂灿茫ɑ蛑芷诟`取）DMA 訪問主存有三種可能訪問主存有三種可能 CPU 此時(shí)不訪存此時(shí)不訪存 CPU 正在訪存正在訪存 CPU 與與 DMA 同時(shí)請

35、求訪存同時(shí)請求訪存此時(shí)此時(shí) CPU 將總線控制權(quán)讓給將總線控制權(quán)讓給 DMA主存工作時(shí)間主存工作時(shí)間 CPU控制控制并使用主存并使用主存 DMA控制控制并使用主存并使用主存t一、一、DMA 方式的特點(diǎn)方式的特點(diǎn)(3) DMA 與與 CPU 交替訪問交替訪問主存工作時(shí)間主存工作時(shí)間DMA控制控制并使用主存并使用主存CPU控制控制并使用主存并使用主存tCPU 工作周期工作周期C1 專供專供 DMA 訪存訪存C2 專供專供 CPU 訪存訪存所有指令執(zhí)行過程中的一個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間所有指令執(zhí)行過程中的一個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間不需要不需要 申請建立和歸還申請建立和歸還 總線的使用權(quán)總線的使用權(quán)一、一、DMA 方式的特點(diǎn)方式

36、的特點(diǎn)二、功能和組成二、功能和組成1. DMA 接口功能接口功能(1) 向向 CPU 申請申請 DMA 傳送傳送(2) 處理總線處理總線 控制權(quán)的轉(zhuǎn)交控制權(quán)的轉(zhuǎn)交(3) 管理管理 系統(tǒng)總線、系統(tǒng)總線、控制控制 數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)傳送(4) 確定確定 數(shù)據(jù)傳送的數(shù)據(jù)傳送的 首地址和長度首地址和長度(5) DMA 傳送結(jié)束時(shí)，傳送結(jié)束時(shí)，給出操作完成信號(hào)給出操作完成信號(hào)修正修正 傳送過程中的數(shù)據(jù)傳送過程中的數(shù)據(jù) 地址地址 和和 長度長度DMA接口接口主主存存CPU2. DMA 接口組成接口組成DMA 控控 制制 邏邏 輯輯 中中 斷斷 機(jī)機(jī) 構(gòu)構(gòu)設(shè)備設(shè)備HLDAARWCDARHRQ中斷請求中斷請求數(shù)據(jù)線

37、數(shù)據(jù)線地址線地址線+1+1溢出信號(hào)溢出信號(hào)DREQDACKBR二、功能和組成二、功能和組成三、三、DMA 的工作過程的工作過程1. DMA 傳送過程傳送過程預(yù)處理、數(shù)據(jù)傳送、后處理預(yù)處理、數(shù)據(jù)傳送、后處理(1) 預(yù)處理預(yù)處理通過幾條輸入輸出指令預(yù)置如下信息通過幾條輸入輸出指令預(yù)置如下信息 通知通知 DMA 控制邏輯傳送方向（入控制邏輯傳送方向（入/出）出） 設(shè)備地址設(shè)備地址 DMA 的的 DAR 主存地址主存地址 DMA 的的 AR 傳送字?jǐn)?shù)傳送字?jǐn)?shù) DMA 的的 WC預(yù)處理預(yù)處理：主存起始地址主存起始地址設(shè)備地址設(shè)備地址 傳送數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)傳送數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)啟動(dòng)設(shè)備啟動(dòng)設(shè)備DMADMADMA數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)

38、傳送：繼續(xù)執(zhí)行主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序同時(shí)完成一批數(shù)據(jù)傳送同時(shí)完成一批數(shù)據(jù)傳送后處理后處理：中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序做做 DMA 結(jié)束處理結(jié)束處理繼續(xù)執(zhí)行主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序CPU(2) DMA 傳送過程示意傳送過程示意允許傳送？允許傳送？主存地址送總線主存地址送總線數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)送I/O設(shè)備（或主存設(shè)備（或主存 ）修改修改 主存地址主存地址修改修改 字計(jì)數(shù)器字計(jì)數(shù)器 數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊傳送結(jié)束？傳送結(jié)束？向向CPU申請申請 程序中斷程序中斷DMA請求請求否否否否是是是是數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)傳送BR設(shè)備設(shè)備DMA 控控 制制 邏邏 輯輯 中中 斷斷 機(jī)機(jī) 構(gòu)構(gòu)ARWCDARDMA接口接口主主存存CPU+1+1(3)

39、 數(shù)據(jù)傳送過程（輸入）數(shù)據(jù)傳送過程（輸入）DREQHRQHLDA地址線地址線DACK數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線溢出信號(hào)溢出信號(hào)中斷請求中斷請求ARWC+1+1BRBRBRBRBRBR設(shè)備設(shè)備DMA 控控 制制 邏邏 輯輯 中中 斷斷 機(jī)機(jī) 構(gòu)構(gòu)ARWCDARDMA接口接口主主存存CPU+1+1BRDREQHRQHLDA地址線地址線DACK數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線溢出信號(hào)溢出信號(hào)中斷請求中斷請求ARWC+1+1(4) 數(shù)據(jù)傳送過程（輸出）數(shù)據(jù)傳送過程（輸出）BRBRBRBR(5) 后處理后處理校驗(yàn)送入主存的數(shù)是否正確校驗(yàn)送入主存的數(shù)是否正確是否繼續(xù)用是否繼續(xù)用 DMA測試傳送過程是否正確，錯(cuò)則轉(zhuǎn)診斷程序測試傳送過程是否正

40、確，錯(cuò)則轉(zhuǎn)診斷程序由中斷服務(wù)程序完成由中斷服務(wù)程序完成三、三、DMA 的工作過程的工作過程2. DMA 接口與系統(tǒng)的連接方式接口與系統(tǒng)的連接方式DMA接口接口1DMA接口接口2DMA接口接口nCPU主存主存DMA響應(yīng)響應(yīng)I/O總線總線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線DMA請求請求(1) 具有公共請求線的具有公共請求線的 DMA 請求請求三、三、DMA 的工作過程的工作過程(2) 獨(dú)立的獨(dú)立的 DMA 請求請求DMA接口接口1DMA接口接口2DMA接口接口3CPU主存主存DMA響應(yīng)響應(yīng)1DMA請求請求1DMA響應(yīng)響應(yīng)2DMA請求請求2DMA響應(yīng)響應(yīng)3DMA請求請求3I/O總線總線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線

41、三、三、DMA 的工作過程的工作過程3. DMA 方式與程序中斷方式的比較方式與程序中斷方式的比較(1) 數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)傳送(2) 響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間(3) 處理異常情況處理異常情況(4) 中斷請求中斷請求(5) 優(yōu)先級(jí)優(yōu)先級(jí)中斷方式中斷方式DMA 方式方式程序程序 硬件硬件指令執(zhí)行結(jié)束指令執(zhí)行結(jié)束 存取周期結(jié)束存取周期結(jié)束能能 不能不能低低 高高傳送數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù) 后處理后處理 三、三、DMA 的工作過程的工作過程四、四、DMA 接口的類型接口的類型1. 選擇型選擇型在在 物理上物理上 連接連接 多個(gè)多個(gè) 設(shè)備設(shè)備在在 邏輯上邏輯上 只允許連接只允許連接 一個(gè)一個(gè) 設(shè)備設(shè)備設(shè)備地址寄存器設(shè)備地址寄存器控制狀態(tài)寄存器控制狀態(tài)寄存器數(shù)據(jù)緩沖寄存器數(shù)據(jù)緩沖寄存器主存地址寄存器主存地址寄存器時(shí)序電路時(shí)序電路字計(jì)數(shù)器字計(jì)數(shù)器DMA接口接口CPU主存主存設(shè)備設(shè)備 1設(shè)備設(shè)備 2設(shè)備設(shè)備 n選選擇擇線線. . .系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線2. 多路