第五周課 輸入輸出信息傳送控制方式(高考班).doc

第五周課【課題】輸入/輸出信息傳送控制方式【目標】1. 了解幾種基本的輸入輸出信息傳送控制方式2. 了解各種傳送方式的原理【重點】程序查詢方式，程序中斷方式【難點】DMA方式，通道控制方式【課時】2課時【教學(xué)方法】【內(nèi)容與過程】一復(fù)習(xí)上節(jié)課內(nèi)容并提問 計算機輸入/輸出接口的概念,組成和功能 二輸入/輸出信息傳送控制方式簡介主機和外設(shè)之間的信息傳送控制方式，經(jīng)歷了由低級到高級、簡單到復(fù)雜、由集中管理到各部分分散管理的發(fā)展過程。按其發(fā)展的先后次序和主機與外設(shè)并行工作的程度，可以分為以下四種1. 程序查詢方式：程序查詢方式是一種程序直接控制方式，這是主機和外設(shè)間進行信息交換的最簡單方式，輸入和輸出完全是通過CPU執(zhí)行程序來完成的。I/O傳送數(shù)據(jù)還可分為同步方式和異步方式。優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，只需要少量的硬件電路即可。缺點：l 是由于CPU的速度遠遠高于外設(shè)，因此在查詢中CPU通常處于等待狀態(tài)，使系統(tǒng)效率大大降低。l CPU在一段時間內(nèi)只能和一臺外設(shè)交換信息，其他設(shè)備不能同時工作。l 不能發(fā)現(xiàn)和處理預(yù)先無法估計的錯誤和異常情況。 2. 中斷處理方式（程序中斷方式）：主機啟動外設(shè)后無需等待查詢，而是繼續(xù)執(zhí)行原來的程序，外設(shè)在做好輸入/輸出準備時，向主機發(fā)中斷請求，主機接到請求后就暫時中止原來執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序?qū)ν獠空埱筮M行處理，在中斷處理完畢后返回原來的程序繼續(xù)執(zhí)行。適用于中、低速外設(shè)。中斷處理過程實際上是程序的切換過程，即從現(xiàn)行程序切換到中斷服務(wù)程序，再從中斷服務(wù)程序返回到現(xiàn)行程序。CPU每次執(zhí)行中斷服務(wù)程序前總要保護斷點和保護現(xiàn)場，執(zhí)行完中斷服務(wù)程序返回現(xiàn)行程序之前又要恢復(fù)現(xiàn)場，恢復(fù)斷點。3. DMA方式：（直接存儲器存?。┲袛喾绞嚼贸绦虮Ｗo和恢復(fù)現(xiàn)場，再加上執(zhí)行中斷服務(wù)程序，占用主機時間過多，有時候不但CPU的工作效率很低，而且可能丟失數(shù)據(jù)。因此提出一種新的I/O控制方式直接存儲器訪問方式，簡稱DMA方式，使得設(shè)備與存儲器直接交換數(shù)據(jù)，不再經(jīng)過CPU，不破壞CPU現(xiàn)場，也就不需要保護現(xiàn)場和恢復(fù)現(xiàn)場。DMA控制器代行CPU部分職能，大大加速了數(shù)據(jù)傳輸過程，減少了CPU管理I/O的負擔，提高了高速設(shè)備傳送數(shù)據(jù)的可靠性。兩類DMA：一種是專用DMA，該方式速度高，另一種是通用DMA，幾臺設(shè)備共用該DMA控制器，提高了設(shè)備利用率，但數(shù)據(jù)傳輸速度上受影響。DMA方式傳送數(shù)據(jù)原理：主機響應(yīng)設(shè)備的DMA請求后，交出總線控制權(quán)，由DMA控制器代替CPU控制主存讀寫操作。DMA控制器主要包括交換數(shù)據(jù)的主存單元地址寄存器，設(shè)備地址寄存器，交換數(shù)據(jù)的緩沖寄存器，交換數(shù)據(jù)的字數(shù)計數(shù)器，控制和狀態(tài)寄存器等。DMA工作過程：也就是說它不像前兩種方式那樣通過CPU執(zhí)行程序，將外設(shè)的數(shù)據(jù)送入內(nèi)存，或?qū)?nèi)存的數(shù)據(jù)送到外設(shè)輸出，而是直接（不通過CPU）由接口硬件控制系統(tǒng)總線與內(nèi)存進行數(shù)據(jù)交換。DMA方式是在主存和外設(shè)之間開辟直接的數(shù)據(jù)通路，可以進行基本上不需要CPU介入的主存和外設(shè)之間的信息傳送，輸入時由外設(shè)直接寫入內(nèi)存，輸出時由內(nèi)存?zhèn)魉椭镣庠O(shè)，這樣不僅能保證CPU的高效率，而且能滿足高速外設(shè)的需要。這種方式只能進行簡單的數(shù)據(jù)傳送操作，在數(shù)據(jù)塊傳送的起始和結(jié)束時還需CPU及中斷系統(tǒng)進行預(yù)處理和后處理4. I/O通道控制方式 ：在大型計算機系統(tǒng)中，所連接的I/O設(shè)備數(shù)量多，輸入輸出頻繁，要求整體的速度快，單純依靠主CPU采取程序中斷和DMA等控制方式已經(jīng)不能滿足要求，于是通道控制方式被引入計算機系統(tǒng)。I/O通道控制方式是DMA方式的進一步發(fā)展，在系統(tǒng)中設(shè)有通道控制部件，每個通道掛若干外設(shè)，主機在執(zhí)行I/O操作時，只需要啟動有關(guān)通道，通道將執(zhí)行通道程序，從而完成I/O操作。通道是一個具有特殊功能的處理器，它能獨立地執(zhí)行通道程序，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，實現(xiàn)對外設(shè)的統(tǒng)一管理和外設(shè)與主存之間的數(shù)據(jù)傳送，但它不是一個完全獨立的處理器。他要在CPU的I/O指令指揮下才能啟動，停止或改變工作狀態(tài)，是從屬于CPU的一個專用處理器。一個通道執(zhí)行輸入/輸出過程全部由通道按照通道程序自行處理，不論交換多少信息，只打擾CPU兩次（啟動和停止時）。因此，主機，外設(shè)和通道可以并行工作，而且一個通道可以控制多臺不同類型的設(shè)備。按照通道獨立于主機的程度，可分為結(jié)合型通道和獨立型通道兩種類型。結(jié)合型通道結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，功能較弱。獨立型通道完全獨立于主機對外設(shè)進行管理和控制，這種通道功能強，但設(shè)備成本高。l 字節(jié)多路通道：簡單的共享通道，用于連接與管理多臺低速設(shè)備，以字節(jié)交叉方式傳送信息。l 選擇通道：又稱為高速通道，在物理上它也可以連接多個設(shè)備，但這些設(shè)備不能同時工作，在一段時間內(nèi)通道只能選擇一臺設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳送，此時該設(shè)備可以獨占整個通道。l 數(shù)組多路通道：是把字節(jié)多路通道和選擇通道的特點結(jié)合起來的一種通道結(jié)構(gòu)。數(shù)組多路通道有多個子通道，既可以執(zhí)行多路通道程序，即像字節(jié)多路通道一樣，所有子通道分時共享總通道，又可以用選擇通道那樣的方式成組地傳送數(shù)據(jù)，既具有多路并行操作的能力，又具有很高的數(shù)據(jù)的傳輸速率，使通道的效率充分得到發(fā)揮。目前，小型，微型機大多采用程序查詢方式，程序中斷方式和DMA方式，大，中型機多采用通道方式。 【小結(jié)】程序查詢方式，程序中斷方式 DMA方式，通道控制方式【作業(yè)】記憶理解四種輸入/輸出信息傳送控制方式【課后記】本次課復(fù)習(xí)與鞏固晚自習(xí)內(nèi)容【課時】1課時【內(nèi)容與過程】 一 復(fù)習(xí)本次課知識點二 提問并解答三 習(xí)題訓(xùn)練并講解 1. 實現(xiàn)輸入/輸出數(shù)據(jù)傳送控制方式分為： _,_,_,_. 2. 通道的類型包括_,_和_. 3. 主機、外設(shè)不能并行工作的方式是_. 4. DMA方式是在_之間建立直接的數(shù)據(jù)通路。 5. 字節(jié)多路通路上可連接若干低速設(shè)備，其數(shù)據(jù)傳送是以_為單位進行的。 6. 計算機直接存儲