1、第第章章 輸入輸出系統(tǒng)輸入輸出系統(tǒng)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(xún)方式程序查詢(xún)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5.1 5.1 概概 述述一、輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)展概況一、輸入輸出系統(tǒng)的發(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(xún)方式程序查詢(xún)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 方式方式二、輸入

2、輸出系統(tǒng)的組成二、輸入輸出系統(tǒng)的組成1. I/O 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、三、I/O 設(shè)備與主機(jī)的聯(lián)系方式設(shè)備與主機(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)一編址用取數(shù)、存數(shù)指令用取數(shù)、存數(shù)指令有專(zhuān)門(mén)的有專(zhuān)

3、門(mén)的 I/O 指令指令2. 設(shè)備選擇設(shè)備選擇用設(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 ms4. 聯(lián)絡(luò)方式聯(lián)絡(luò)方式(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 ms5. I/O 設(shè)備與主機(jī)的連接方式設(shè)

4、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(xún)方式程序查詢(xún)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從從CPU向主存向主存 寫(xiě)入一個(gè)字寫(xiě)入一個(gè)字CPU向向I/O發(fā)發(fā) 讀指令讀指令CPU讀讀I

5、/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n優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)；n缺點(diǎn)缺點(diǎn)：CPUCPU和外設(shè)只能串行工作，和外設(shè)只能串行工作，CPUCPU利用利用率和系統(tǒng)效率很低率和系統(tǒng)效率很低（CPU的速度比I/O設(shè)備的速度快得多，CPU大量時(shí)間都處于等待、空閑狀態(tài)）。n適用于傳送率高的外設(shè)適用于傳送率高的外設(shè)或一些簡(jiǎn)單的場(chǎng)合。2. 程序中斷方式程序中斷方式I/O 工作工作CPU 不查詢(xún)不查詢(xún)CPU 暫停現(xiàn)行程序暫?，F(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

6、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(méi)有踏步等待現(xiàn)象沒(méi)有踏步等待現(xiàn)象中斷現(xiàn)行程序中斷現(xiàn)行程序程序中斷方式流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(xiě)入一個(gè)字向主存寫(xiě)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(qǐng)求中斷請(qǐng)求I/O CPU出錯(cuò)出錯(cuò)是是否否未錯(cuò)未錯(cuò)n優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可大大提高計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作效率。在一定程度上實(shí)現(xiàn)了CPU和外設(shè)的并行工作；可以

7、實(shí)現(xiàn)外設(shè)之間的并行工作。n缺點(diǎn)缺點(diǎn)：接口邏輯相對(duì)復(fù)雜；服務(wù)開(kāi)銷(xiāo)時(shí)間較大，每次中斷僅傳送一個(gè)數(shù)據(jù)，需要保護(hù)斷點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)，恢復(fù)斷點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)。若外設(shè)工作頻率較高，容易造成信息丟失。n適用于中慢速設(shè)備適用于中慢速設(shè)備。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（周期竊取）周期挪用（周期竊?。〤PU 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(qǐng)求請(qǐng)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

8、主存之間的傳送中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序DMACCPU啟動(dòng)設(shè)備啟動(dòng)設(shè)備(準(zhǔn)備準(zhǔn)備)就緒就緒申請(qǐng)總線申請(qǐng)總線讓出總線讓出總線(傳送傳送1個(gè)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)據(jù))歸還總線歸還總線(保持：保持：1個(gè)總線周期個(gè)總線周期)(準(zhǔn)備準(zhǔn)備)就緒就緒申請(qǐng)總線申請(qǐng)總線讓出總線讓出總線(傳送傳送1個(gè)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)據(jù))歸還總線歸還總線(準(zhǔn)備準(zhǔn)備)(前處理：初始化前處理：初始化)INT(數(shù)據(jù)塊傳送結(jié)束數(shù)據(jù)塊傳送結(jié)束)(后處理后處理:校驗(yàn)校驗(yàn))(保持：保持：1個(gè)總線周期個(gè)總線周期)n優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：除了在數(shù)據(jù)塊的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)需要CPU進(jìn)行前處理和后處理外,無(wú)需CPU的頻繁干預(yù)。進(jìn)一步減輕了CPU的負(fù)擔(dān)，提高了CPU與外設(shè)并行工作程度。n缺點(diǎn)缺點(diǎn)

9、：DMAC只能完成簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)傳送，對(duì)外設(shè)的管理和某些操作的控制仍需由CPU承擔(dān)。n適用于高速外設(shè)適用于高速外設(shè)。如磁盤(pán)、磁帶等。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(qǐng)求請(qǐng)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(xún)等待并傳輸查詢(xún)等待并傳輸I/O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

10、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(qǐng)求中斷請(qǐng)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(qǐng)求中斷請(qǐng)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(qǐng)求請(qǐng)求程序程序查詢(xún)查詢(xún)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5.3 I/O 5.3 I/O 接接 口口一、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

11、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”、“中斷中斷請(qǐng)求請(qǐng)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、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

12、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 D工作觸發(fā)器工作觸發(fā)器 B中斷請(qǐng)求觸發(fā)器中斷請(qǐng)求觸發(fā)器 INTR屏蔽觸發(fā)器屏蔽觸發(fā)器 MASK3. 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)

13、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地址線地址線三、接口類(lèi)型三、接口類(lèi)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口通用接口通用接口專(zhuān)用接口專(zhuān)用接口1. 按數(shù)據(jù)按數(shù)據(jù) 傳送方式傳送方式 分類(lèi)分類(lèi)2. 按功能按功能 選擇的靈活性選擇的靈活性 分類(lèi)分類(lèi)3. 按按 通用性通用性 分類(lèi)分類(lèi)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(lèi)分類(lèi)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 827

14、5Intel 8259Intel 82575.4 5.4 程序查詢(xún)方式程序查詢(xún)方式一、程序查詢(xún)流程一、程序查詢(xún)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)記檢查狀態(tài)標(biāo)記N 設(shè)備設(shè)備N(xiāo)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(xiāo)是是1. 查詢(xún)流程查詢(xún)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(cè)測(cè)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)值啟動(dòng)外設(shè)啟動(dòng)外設(shè)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)

15、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 保存保存 寄存器內(nèi)容寄存器內(nèi)容 恢復(fù)恢復(fù) 寄存器內(nèi)容寄存器內(nèi)容設(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)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(xún)方式的接口電路二、程序查詢(xún)方式的接口電路10 10以輸入為例以輸入為例5.5 5.5 程序中斷方式程序中斷方式一、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25.5 5.5 程序中斷方式程序中斷方式一

16、、中斷的概念一、中斷的概念l 為了實(shí)現(xiàn)中斷功能而設(shè)置的各種硬件和軟件所構(gòu)成的子系統(tǒng)稱(chēng)為中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)。l 中斷源中斷源是指引起中斷的事件，即發(fā)出中斷請(qǐng)求的來(lái)源。 外中斷外中斷：來(lái)自處理機(jī)外部設(shè)備如I/O設(shè)備、定時(shí)器等的中斷。 內(nèi)中斷內(nèi)中斷：由處理機(jī)內(nèi)部的硬件故障或程序“出錯(cuò)”引起的中斷。例如：電源故障中斷、算術(shù)運(yùn)算溢出、除數(shù)為零、用戶(hù)程序執(zhí)行非法指令或特權(quán)指令以及虛擬存儲(chǔ)器頁(yè)面失效等。 軟中斷軟中斷：由“Trap”（陷阱）指令產(chǎn)生的中斷。與前兩種不同，軟中斷是在程序中預(yù)先安排好的，而前兩種中斷都是相應(yīng)的硬件隨機(jī)產(chǎn)生的。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(qǐng)求發(fā)中

17、斷請(qǐng)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(qǐng)求發(fā)中斷請(qǐng)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)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(qǐng)求觸發(fā)器和中斷屏蔽觸發(fā)器配置中斷請(qǐng)求觸發(fā)器和中斷屏蔽觸發(fā)器DQ&1INTR 中斷請(qǐng)求觸發(fā)器中斷請(qǐng)求觸發(fā)器INTR = 1 有請(qǐng)求有請(qǐng)求MASK 中斷屏蔽觸發(fā)器中斷屏蔽觸發(fā)器MASK

18、 = 1 被屏蔽被屏蔽來(lái)自來(lái)自 CPU 的的中斷查詢(xún)信號(hào)中斷查詢(xún)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(qǐng)求中斷請(qǐng)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(jiàn)第八章詳見(jiàn)第八章INTP1 INTP2 INTP3 INTP4 INTR1INTR2INTR3INTR4 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(qǐng)求有請(qǐng)求 即即 INTRi = 01INTP11INT

19、P21INTP31INTP4&INTR1INTR2INTR3INTR4INTR1INTR2INTR3INTR4 1& 1& 1& 1& INTP1 INTP2 INTP3 INTP4 INTR2INTR1INTR1INTR21&INTP22. 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(jiàn)第八章詳見(jiàn)第八章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)

20、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 形成部件形成部件 設(shè)備設(shè)備編碼器編碼器1 0 0 0000100100 1 0 000010011詳見(jiàn)第八章詳見(jiàn)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

21、碼器排隊(duì)器排隊(duì)器中斷查詢(xún)中斷查詢(xún)來(lái)自高一級(jí)來(lái)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(qǐng)求中斷請(qǐng)求命令譯碼命令譯碼4. 程序中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、四、I/O 中斷處理過(guò)程中斷處理過(guò)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(kāi)中斷開(kāi)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 MA

22、SK = 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(xún)信號(hào)中斷查詢(xún)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)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(xún)中斷查詢(xún)來(lái)自高一級(jí)來(lái)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(qǐng)求中斷請(qǐng)求命令譯碼命令譯碼2. I/O 中斷處理過(guò)程中斷處理過(guò)程10&DBR設(shè)備選擇電路設(shè)備

23、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(chǎng)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)(2) 中斷服務(wù)中斷服務(wù)(3) 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)(4) 中斷返回中斷返回對(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

24、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(chǎng)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備服務(wù)設(shè)備服務(wù)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) 開(kāi)中斷開(kāi)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(chǎng)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備服務(wù)設(shè)備服務(wù)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)中斷開(kāi)中斷開(kāi)中斷開(kāi)中斷開(kāi)中斷開(kāi)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)

25、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 主程序主程序中斷處理程序中斷處理程序1234中斷請(qǐng)求中斷請(qǐng)求t 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)部總線 緩沖器緩沖器讀讀 / 寫(xiě)寫(xiě)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)比較器比較器 ( PR ) 中斷中斷 服務(wù)服務(wù) 寄存寄存 器器(ISR) 中斷中斷 請(qǐng)求請(qǐng)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/ENIR0I

26、R1IR2IR3IR4IR5IR6IR7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(qǐng)求發(fā)中斷請(qǐng)求發(fā)中斷請(qǐng)求發(fā)中斷請(qǐng)求I/O宏觀宏觀 上上 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CPU5.6 5.6 DMA DMA 方式方式一、一、DMA

27、 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)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(wèn)主存訪問(wèn)主存控制簡(jiǎn)單控制簡(jiǎn)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

28、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(2) 周期挪用（或周期竊?。┲芷谂灿茫ɑ蛑芷诟`?。〥MA 訪問(wèn)主存有三種可能訪問(wèn)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(qǐng)求訪存同時(shí)請(qǐng)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(3) DMA 與與 CPU 交替訪問(wèn)交替訪問(wèn)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

29、期C1 專(zhuān)供專(zhuān)供 DMA 訪存訪存C2 專(zhuān)供專(zhuān)供 CPU 訪存訪存所有指令執(zhí)行過(guò)程中的一個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間所有指令執(zhí)行過(guò)程中的一個(gè)基準(zhǔn)時(shí)間不需要不需要 申請(qǐng)建立和歸還申請(qǐng)建立和歸還 總線的使用權(quán)總線的使用權(quán)二、二、DMA 接口的功能和組成接口的功能和組成1. DMA 接口功能接口功能(1) 向向 CPU 申請(qǐng)申請(qǐng) 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) 保存保存 數(shù)據(jù)傳送的數(shù)據(jù)傳送的 首地址和長(zhǎng)度首地址和長(zhǎng)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(guò)程中的數(shù)據(jù)

30、傳送過(guò)程中的數(shù)據(jù) 地址地址 和和 長(zhǎng)度長(zhǎng)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(qǐng)求中斷請(qǐng)求數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線+1+1溢出信號(hào)溢出信號(hào)DREQDACKBR三、三、DMA 的工作過(guò)程的工作過(guò)程1. DMA 傳送過(guò)程傳送過(guò)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(guò)幾條輸入輸出指令預(yù)置如下信息通過(guò)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

31、 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)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(guò)程示意傳送過(guò)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(qǐng)申請(qǐng)

32、程序中斷程序中斷DMA請(qǐng)求請(qǐng)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) 數(shù)據(jù)傳送過(guò)程（輸入）數(shù)據(jù)傳送過(guò)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(qǐng)求中斷請(qǐng)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(qǐng)求中斷請(qǐng)求ARWC+1+1(4) 數(shù)據(jù)傳送過(guò)程（輸出）數(shù)

33、據(jù)傳送過(guò)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(cè)試傳送過(guò)程是否正確，錯(cuò)則轉(zhuǎn)診斷程序測(cè)試傳送過(guò)程是否正確，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)程序完成例：例：一個(gè)一個(gè)DMADMA接口可采用周期竊取方式把字符傳送到存儲(chǔ)器，它支接口可采用周期竊取方式把字符傳送到存儲(chǔ)器，它支持的最大批量為持的最大批量為400400個(gè)字符。若存取周期為個(gè)字符。若存取周期為100ns100ns，每處理一次中，每處理一次中斷需要斷需要5 5 s s，現(xiàn)有的字符設(shè)備的傳輸率為，現(xiàn)有的字符設(shè)備的傳輸率為9600bps9600bps。假設(shè)字

34、符之間。假設(shè)字符之間的傳輸是無(wú)間隙的，若忽略預(yù)處理所需時(shí)間，試問(wèn)采用的傳輸是無(wú)間隙的，若忽略預(yù)處理所需時(shí)間，試問(wèn)采用DMADMA方式每方式每秒因數(shù)據(jù)傳輸需占用處理器多少時(shí)間？如果完全采用中斷方式，秒因數(shù)據(jù)傳輸需占用處理器多少時(shí)間？如果完全采用中斷方式，又需占用處理器多少時(shí)間？又需占用處理器多少時(shí)間？解：解：根據(jù)字符設(shè)備的傳輸率為根據(jù)字符設(shè)備的傳輸率為9600bps9600bps，則每秒能傳輸，則每秒能傳輸 9600/8 = 1200 B (12009600/8 = 1200 B (1200個(gè)字符）個(gè)字符） 若采用若采用DMADMA方式方式，傳送，傳送12001200個(gè)字符共需個(gè)字符共需1200

35、1200個(gè)存取周期，考慮到個(gè)存取周期，考慮到每傳每傳400400個(gè)字符需中斷處理一次，因此個(gè)字符需中斷處理一次，因此DMADMA方式每秒因數(shù)據(jù)傳輸占方式每秒因數(shù)據(jù)傳輸占用處理器的時(shí)間是用處理器的時(shí)間是 0.1 0.1 s X 1200 + s X 1200 + 5 5 s X (1200/400) = 135 s X (1200/400) = 135 s s 若采用中斷方式若采用中斷方式，每傳，每傳1 1個(gè)字符需中斷處理一次，因此每秒因數(shù)個(gè)字符需中斷處理一次，因此每秒因數(shù)據(jù)傳輸占用處理器的時(shí)間是據(jù)傳輸占用處理器的時(shí)間是 5 5 s X 1200 = 6000 s X 1200 = 6000 s

36、 s例：例：假設(shè)磁盤(pán)采用假設(shè)磁盤(pán)采用DMADMA方式與主機(jī)交換信息，其傳輸速率為方式與主機(jī)交換信息，其傳輸速率為2MBps2MBps，而且，而且DMADMA的預(yù)處理需的預(yù)處理需10001000個(gè)時(shí)鐘周期，個(gè)時(shí)鐘周期，DMADMA完成傳送后處完成傳送后處理中斷需理中斷需500500個(gè)時(shí)鐘周期。如果平均傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長(zhǎng)度為個(gè)時(shí)鐘周期。如果平均傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長(zhǎng)度為4KB4KB，試，試問(wèn)在硬盤(pán)工作時(shí)，問(wèn)在硬盤(pán)工作時(shí)，50MHz50MHz的處理器需用多少時(shí)間比率進(jìn)行的處理器需用多少時(shí)間比率進(jìn)行DMADMA輔輔助操作（預(yù)處理和后處理）？助操作（預(yù)處理和后處理）？解：解：DMADMA傳送過(guò)程包括傳送過(guò)程包括預(yù)處理預(yù)

37、處理、數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)傳送和和后處理后處理3 3個(gè)階段。個(gè)階段。 傳送傳送4KB4KB的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度需要的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度需要 (4KB)/(2MBps) = 0.002s(4KB)/(2MBps) = 0.002s 若磁盤(pán)不斷進(jìn)行傳輸，若磁盤(pán)不斷進(jìn)行傳輸，每秒所需每秒所需DMADMA輔助操作的時(shí)鐘周期數(shù)輔助操作的時(shí)鐘周期數(shù)為為 (1000+500)/0.002 = 750000(1000+500)/0.002 = 750000 所以所以DMADMA輔助操作占用輔助操作占用CPUCPU的時(shí)間比率的時(shí)間比率為為 (750000/50 000000) X 100% = 1.5%(750000/50 000000)

38、 X 100% = 1.5%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(qǐng)求請(qǐng)求(1) 具有公共請(qǐng)求線的具有公共請(qǐng)求線的 DMA 請(qǐng)求請(qǐng)求(2) 獨(dú)立的獨(dú)立的 DMA 請(qǐng)求請(qǐng)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(qǐng)求請(qǐng)求1DMA響應(yīng)響應(yīng)2DMA請(qǐng)求請(qǐng)求2DMA響應(yīng)響應(yīng)3DMA請(qǐng)求請(qǐng)求3I/O總線總線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線地址線地址線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)

39、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(qǐng)求中斷請(qǐng)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 四、四、DMA 接口的類(lèi)型接口的類(lèi)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

40、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. 多路型多路型在在 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 允許允許 多個(gè)多個(gè) 設(shè)備同時(shí)工作設(shè)備同時(shí)工作設(shè)備設(shè)備設(shè)備設(shè)備設(shè)備設(shè)備DMA 接口接口CPU主存主存獨(dú)立請(qǐng)求式獨(dú)立請(qǐng)求式設(shè)備設(shè)備設(shè)備設(shè)備設(shè)備設(shè)備DMA 接口接口CPU主存主存鏈?zhǔn)芥準(zhǔn)?. 多路型多路型 DMA 接口的工作原理接口的工作原理 T4T6 T7T2為磁盤(pán)為磁盤(pán) 服務(wù)服務(wù)T5T8T3為磁帶為磁帶 服務(wù)服務(wù)為打印為打印機(jī)服務(wù)機(jī)服務(wù)T15 s s DMA 請(qǐng)求請(qǐng)求打印機(jī)打印機(jī)tDMA 請(qǐng)求請(qǐng)求DMA 請(qǐng)求請(qǐng)求DMA 請(qǐng)求請(qǐng)求45 s s 磁帶磁帶tDMA

41、請(qǐng)求請(qǐng)求DMA 請(qǐng)求請(qǐng)求DMA 請(qǐng)求請(qǐng)求DMA 請(qǐng)求請(qǐng)求30 s s 磁盤(pán)磁盤(pán)t5.2 5.2 外部設(shè)備外部設(shè)備一、概述一、概述主機(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(lèi)外部設(shè)備大致分三類(lèi)鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、打印機(jī)、顯示器鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、打印機(jī)、顯示器 磁盤(pán)、光盤(pán)、磁帶磁盤(pán)、光盤(pán)、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(pán)鍵盤(pán)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

42、 ASCII 碼碼 （編碼鍵盤(pán)法）（編碼鍵盤(pán)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(yè)）激光（逐頁(yè)）四、其他四、其他1. A/D、D/A2. 終端終端3. 漢字處理漢字處理五、多媒體技術(shù)五、多媒體技術(shù)完成顯示控制與存儲(chǔ)、鍵盤(pán)管理及通信控制完成顯示控制與存儲(chǔ)、鍵盤(pán)

43、管理及通信控制模擬模擬/數(shù)字（數(shù)字?jǐn)?shù)字（數(shù)字/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)由鍵盤(pán)和顯示器組成由鍵盤(pán)和顯示器組成鍵鍵 盤(pán)盤(pán)n 鍵盤(pán)由一組排列成陣列形式的鍵盤(pán)由一組排列成陣列形式的按鍵開(kāi)關(guān)按鍵開(kāi)關(guān)組成組成。每按下一個(gè)鍵，便產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的位置碼）；將其轉(zhuǎn)換成ASCII碼或其他碼，送主機(jī)。n 目前常用的標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)有目前常用的標(biāo)準(zhǔn)鍵盤(pán)有101個(gè)鍵個(gè)鍵：ASII碼字符鍵、功能鍵（由軟件定義其功能）、光標(biāo)控制鍵以及編輯鍵（插入、清除字符）等。n IBM PC機(jī)鍵盤(pán)內(nèi)裝機(jī)鍵盤(pán)內(nèi)裝I

44、ntel 8048單片機(jī)單片機(jī)來(lái)執(zhí)行鍵盤(pán)掃描功能(確定按鍵的位置碼)、鍵盤(pán)監(jiān)測(cè)、消去重鍵、自動(dòng)重發(fā)、掃描碼緩沖以及與主機(jī)間通信等。顯示器顯示器n顯示設(shè)備種類(lèi)顯示設(shè)備種類(lèi)：按顯示器件分類(lèi)：陰極射線管陰極射線管(CRT)顯示器、液晶液晶顯示器(LCD)、等離子等離子顯示器(PDP)等。按顯示內(nèi)容分類(lèi)：字符字符顯示器、圖形圖形顯示器和圖像圖像顯示器。按功能分類(lèi)：普通顯示器普通顯示器：或稱(chēng)監(jiān)視器監(jiān)視器，功能簡(jiǎn)單，僅接收視頻信號(hào)；顯示控制邏輯和存儲(chǔ)邏輯都在主機(jī)接口板中。顯示終端顯示終端：由顯示器和鍵盤(pán)組成的一套獨(dú)立完整的輸入/輸出設(shè)備，其結(jié)構(gòu)比普通顯示器復(fù)雜得多，能完成顯示控制與存儲(chǔ)、鍵盤(pán)管理以及通信控

45、制等功能，也可完成簡(jiǎn)單編輯操作；可遠(yuǎn)離主機(jī)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)通信接口連接。陰極射線管（陰極射線管（CRTCRT）n CRT是一個(gè)電真空器件，由是一個(gè)電真空器件，由電子槍電子槍、偏轉(zhuǎn)裝置偏轉(zhuǎn)裝置和和熒光屏熒光屏構(gòu)成構(gòu)成。如圖5.17所示（p172）。電子槍電子槍?zhuān)喊艚z、陰極、柵極、加速陽(yáng)極和聚焦極。在加電后，燈絲發(fā)熱，陰極受熱便發(fā)射電子，電子束射到熒光屏上形成光點(diǎn)，由光點(diǎn)組成圖像。(控制控制)柵極柵極：根據(jù)亮度信號(hào)來(lái)控制電子束的強(qiáng)弱。加速陽(yáng)極加速陽(yáng)極：對(duì)電子束加速，以保證電子束有足夠的能量轟擊熒光屏，使熒光屏發(fā)出相當(dāng)強(qiáng)的光。聚焦極聚焦極：將激光束聚集得很細(xì)，確保圖像清晰。偏轉(zhuǎn)裝置偏轉(zhuǎn)裝置：控制電子束

46、的運(yùn)動(dòng)方向，使電子束能掃描到熒光屏的任何位置。n 熒光屏熒光屏：內(nèi)壁涂有熒光粉內(nèi)壁涂有熒光粉，其作用是將電子束的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成光能將電子束的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成光能，從而顯示出光點(diǎn)。熒光粉由多種金屬的化合物構(gòu)成，不同材料維持亮度的時(shí)間不同，稱(chēng)為“余輝時(shí)間余輝時(shí)間”。要求要求熒光粉的顆粒精細(xì)熒光粉的顆粒精細(xì)，確保圖像像素清晰。像素間距為0.31mm，0.28mm。熒光屏尺寸熒光屏尺寸：用對(duì)角線的長(zhǎng)度表示。14、15、17、21英寸等。n 彩色彩色CRT有三個(gè)電子槍有三個(gè)電子槍?zhuān)瑹晒馄羶?nèi)壁涂彩色熒光熒光屏內(nèi)壁涂彩色熒光粉粉(紅、綠、藍(lán)紅、綠、藍(lán))，按三基色迭加原理形成彩色圖像，按三基色迭加原理形成彩色圖像。液晶

47、顯示器（液晶顯示器（LCDLCD）n 液晶液晶：即液態(tài)晶體液態(tài)晶體(有機(jī)化合物)。具有液體的流動(dòng)性，以及分子排列有序的晶體特性。本身不發(fā)光本身不發(fā)光，但能夠調(diào)制外照光實(shí)現(xiàn)信息顯示能夠調(diào)制外照光實(shí)現(xiàn)信息顯示，因此使用時(shí)需要背光源。n 液晶顯示的特點(diǎn)液晶顯示的特點(diǎn): 低電壓、微功耗、體輕薄、適于LSI驅(qū)動(dòng)、易實(shí)現(xiàn)大畫(huà)面顯示、顯示色彩優(yōu)良等。n 應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域：便攜式電子產(chǎn)品便攜式電子產(chǎn)品：筆記本PC、PDA、手機(jī)等。監(jiān)視器監(jiān)視器。消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品: 數(shù)字電視、攝錄機(jī)、數(shù)字相機(jī)。等離子體顯示器（等離子體顯示器（PDPPDP）n利用惰性氣體在一定電壓作用下產(chǎn)生氣體放電現(xiàn)象而實(shí)現(xiàn)顯示。n

48、顯示技術(shù)中的有關(guān)術(shù)語(yǔ)顯示技術(shù)中的有關(guān)術(shù)語(yǔ)：分辨率分辨率：顯示設(shè)備顯示設(shè)備所能顯示的像素個(gè)數(shù)所能顯示的像素個(gè)數(shù)。分辨率取決于熒光粉的粒度、屏幕的尺寸和電子束的聚焦能力。如12、14、16英寸彩色CRT的分辨率分別為640480、 800600、 1024768。（4:3）灰度級(jí)灰度級(jí)（gray level）：所顯示像素點(diǎn)的亮暗差別所顯示像素點(diǎn)的亮暗差別，在，在彩顯中則表現(xiàn)為彩顯中則表現(xiàn)為不同的顏色不同的顏色。灰度級(jí)取決于每個(gè)像素對(duì)應(yīng)刷新存儲(chǔ)器單元的位數(shù)和CRT本身的性能。單色(黑白)、彩色、多灰度級(jí)黑白顯示器。IBM針對(duì)不同的分辨率，制定了不同的顯示器接口標(biāo)針對(duì)不同的分辨率，制定了不同的顯示器接

49、口標(biāo)準(zhǔn)（或適配器）準(zhǔn)（或適配器）。見(jiàn)p177。刷新和幀存儲(chǔ)器刷新和幀存儲(chǔ)器：刷新刷新：電子束掃過(guò)之后，其發(fā)光亮度只能維持短暫一瞬(大約幾十ms)便消失。為了使人眼能看到穩(wěn)定的圖像，為了使人眼能看到穩(wěn)定的圖像，就必須就必須在圖像消失之前使電子束不斷地重復(fù)掃描整個(gè)屏在圖像消失之前使電子束不斷地重復(fù)掃描整個(gè)屏幕幕。這個(gè)過(guò)程。這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為刷新刷新（refresh）。刷新頻率刷新頻率或掃描頻率掃描頻率: 每秒刷新的次數(shù)每秒刷新的次數(shù)。應(yīng)大于30次/秒。選用電視中的標(biāo)準(zhǔn)，即每秒刷新50幀(frame).幀存儲(chǔ)器幀存儲(chǔ)器或視頻存儲(chǔ)器（視頻存儲(chǔ)器（VRAM）：用于存儲(chǔ)圖像存儲(chǔ)圖像的存的存儲(chǔ)器儲(chǔ)器（即為了不斷提

50、供刷新圖像的信號(hào)，必須把圖像存儲(chǔ)起來(lái)）。其容量容量由圖像分辨率和灰度級(jí)決定；其存取存取周期周期必須滿足刷新頻率的要求。如1024*768，32位真彩色，需要1024*768*32/8=3MB。隨機(jī)掃描和光柵掃描隨機(jī)掃描和光柵掃描掃描掃描：電子束在熒光屏上按某種軌跡的運(yùn)動(dòng)電子束在熒光屏上按某種軌跡的運(yùn)動(dòng)，其控制電路稱(chēng)為掃描偏轉(zhuǎn)電路掃描偏轉(zhuǎn)電路。隨機(jī)掃描隨機(jī)掃描：隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，僅在需要作圖的地方掃描，而僅在需要作圖的地方掃描，而不必掃描全屏幕不必掃描全屏幕。畫(huà)圖速度快，圖像清晰。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)復(fù)雜，價(jià)格昂貴。光柵掃描光柵掃描：從上而下順序掃描整個(gè)屏幕從上而下順序掃描整個(gè)屏幕。電視系統(tǒng)采用隔行掃描隔行掃描（一

51、幅圖像分為偶數(shù)場(chǎng)和奇數(shù)場(chǎng)），計(jì)算機(jī)中采用逐行掃描逐行掃描。易配套，易維修；顯示冗余時(shí)間多，分辨率較低，線段和圓弧不夠光滑。n字符顯示設(shè)備：字符顯示設(shè)備：p173-174n圖形顯示設(shè)備：圖形顯示設(shè)備：p175字符字符/圖形顯示器：圖形顯示器：1 1、字符顯示器原理、字符顯示器原理顯示系統(tǒng)顯示系統(tǒng)由顯示卡和顯示器組成顯示字符的方法以點(diǎn)陣為基礎(chǔ) 字符點(diǎn)陣存放于字符發(fā)生器（ROM）中見(jiàn)下圖字符窗口：字符點(diǎn)陣和字符間隔80列*25行=2000個(gè)字符窗口每個(gè)字符窗口為9*14，字符點(diǎn)陣為7*9屏幕上所有字符窗口的ASCII均存放于VRAM中字符發(fā)生器的高位地址來(lái)自于ASCII碼，低位地址來(lái)自于光柵地址計(jì)數(shù)

52、器的輸出RA3RA004H00H10HD4H3DH20H1FH00H7FHD4HFFH11H44H18H11H44H5AH11H44H5AH11H44H5AH11H64H38H77H04H00H10HD4H3DH20H1FH00H7FHD4HFFH11H44H18H11H44H5AH11H44H5AH11H44H5AH11H64H38H77Hn 04H-00H-10Hn D4H-3DH-20Hn 1FH-00H-7FHn 點(diǎn)計(jì)數(shù)器循環(huán)一周以后，顯示出第一個(gè)字的第一行；水平地址計(jì)數(shù)器循環(huán)一周以后，顯示出所有字個(gè)字的第一行，開(kāi)始第二行的顯示。n 光柵地址計(jì)數(shù)器循環(huán)一周以后，顯示出第一行字；開(kāi)始第二

53、行字的顯示。垂直地址計(jì)數(shù)器循環(huán)一周后，顯示一整屏。n 水平消隱（點(diǎn)陣顯示一行結(jié)束，回到下一行）n 行間消隱（點(diǎn)陣顯示某行字符結(jié)束，行間不顯示內(nèi)容）n 垂直消隱（點(diǎn)陣顯示一屏結(jié)束，回到第一行、第一列）n VRAM的地址由水平地址計(jì)數(shù)器和垂直地址計(jì)數(shù)器決定n VRAM輸出的ASCII碼作為ROM的高位地址，低位地址來(lái)自于光柵地址計(jì)數(shù)器2 2、圖形顯示器、圖形顯示器（1 1）隨機(jī)圖形顯示器）隨機(jī)圖形顯示器工作原理：將所顯示圖形的一組坐標(biāo)點(diǎn)和繪圖命令組成顯示文件存放在緩沖存儲(chǔ)器，緩存中的顯示文件送矢量(線段)產(chǎn)生器，產(chǎn)生相應(yīng)的模擬電壓，直接控制電子束在屏幕上的移動(dòng)。 優(yōu)點(diǎn)：分辨率高(可達(dá)4096409

54、6個(gè)像素)，顯示的曲線平滑。 缺點(diǎn)：當(dāng)顯示復(fù)雜圖形時(shí)，會(huì)有閃爍感。 （2 2）光柵圖形顯示器）光柵圖形顯示器工作原理:相鄰像素串接法刷新存儲(chǔ)器與分辨率及灰度的關(guān)系VRAM中存放一幀圖形的形狀信息,其地址和屏幕上的地址一一對(duì)應(yīng)。VRAM分辨率灰度級(jí)如:10241024,24位色，VRAM的容量1024102424/83MDDA(Digital Differential Analysis)數(shù)據(jù)插補(bǔ),將顯示文件變成象素信息優(yōu)點(diǎn)：通用性強(qiáng)，灰度層次多，色調(diào)豐富，顯示復(fù)雜圖形時(shí)無(wú)閃爍現(xiàn)象；所產(chǎn)生的圖形有陰影效應(yīng)、隱藏面消除、涂色等功能。目前流行的顯示器。n圖像顯示原理：圖像顯示原理：p176圖像顯示設(shè)備

55、：圖像顯示設(shè)備：n 圖像顯示器圖像顯示器簡(jiǎn)單圖像顯示器:僅僅顯示計(jì)算機(jī)送來(lái)的數(shù)字圖像.顯示器不作處理圖形處理子系統(tǒng):專(zhuān)用計(jì)算機(jī),圖形工作站.n IBM PCIBM PC系列的顯示系統(tǒng)系列的顯示系統(tǒng)顯示標(biāo)準(zhǔn)MDA,CGA,EGA,VGA,VESA,SVGA,TVGAVESA顯示模式顯示適配器(顯示卡)刷新存儲(chǔ)器ROM BIOS(用在DOS)顯示控制器給顯示器提供GRB三色信號(hào)及同步信號(hào)CPU將主存已經(jīng)修改好的內(nèi)容在掃描回程的消隱期送到刷新存儲(chǔ)器.圖形加速能力:位和塊傳送;畫(huà)線;顏色填充.【例例4】刷存的重要性能指標(biāo)是它的帶寬。實(shí)際工作時(shí)顯示適配器的幾個(gè)功能部分要爭(zhēng)用刷存的帶寬。假定總帶寬的50%

56、用于刷新屏幕，保留50%帶寬用于其他非刷新功能。(1)若顯示工作方式采用分辨率為1024768，顏色深度為3B，幀頻(刷新速率)為72Hz，計(jì)算刷存總帶寬應(yīng)為多少? (2)為達(dá)到這樣高的刷存帶寬，應(yīng)采取何種技術(shù)措施?【解解】 (1) 刷新所需帶寬=分辨率每個(gè)像素點(diǎn)顏色深度刷新速率 10247683B72/s=165888KB/s=162MB/s 刷存總帶寬應(yīng)為162MB/s100/50=324MB/s (2)為達(dá)到這樣高的刷存帶寬，可采用如下技術(shù)措施：使用高速的DRAM芯片組成刷存； 刷存采用多體交叉結(jié)構(gòu)；刷存至顯示控制器的內(nèi)部總線寬度由32位提高到64位,甚至128位 ；刷存采用雙端口存儲(chǔ)器

57、結(jié)構(gòu)，將刷新端口與更新端口分開(kāi)。IBM PC機(jī)漢字顯示原理 通過(guò)鍵盤(pán)輸入的漢字編碼，首先要經(jīng)代碼轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)換成漢字機(jī)內(nèi)代碼，轉(zhuǎn)換時(shí)要用輸入碼到碼表中檢索機(jī)內(nèi)碼，得到兩個(gè)字節(jié)的機(jī)內(nèi)碼，字形檢索程序用機(jī)內(nèi)碼檢索字模庫(kù)，查出表示一個(gè)字形的32個(gè)字節(jié)字形點(diǎn)陣送顯示輸出。打印機(jī)打印機(jī)n 硬拷貝設(shè)備硬拷貝設(shè)備：打印機(jī)、繪圖機(jī)、靜電印刷機(jī)等，可（在紙上）產(chǎn)生永久性記錄。n 打印機(jī)的分類(lèi)打印機(jī)的分類(lèi)：按印字原理：擊打式擊打式和非擊打式非擊打式。擊打式：利用機(jī)械作用使印字機(jī)構(gòu)與色帶和紙相撞擊而打印字利用機(jī)械作用使印字機(jī)構(gòu)與色帶和紙相撞擊而打印字符符。點(diǎn)陣針式打印機(jī)。 （成本低；噪聲大，速度慢）非擊打式：采用電、磁、光、噴墨等物理、化學(xué)方法印刷字符采用電、磁、光、噴墨等物理、化學(xué)方法印刷字符。如激光打印機(jī)、噴墨打印機(jī)、靜電印字機(jī)等。 （速度快，噪聲小，印字質(zhì)量好；成本高）按工