計(jì)算機(jī)組成原理（第2版）：第５章 輸入輸出系統(tǒng)

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 方式方式二、輸入輸出系統(tǒng)

2、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5.1.3、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)一編址有取數(shù)、存數(shù)指令有取數(shù)、存數(shù)指令有專門的有

3、專門的 I/O 指令指令2. 設(shè)備選址設(shè)備選址用接口中設(shè)備選擇電路識別是否被選中用接口中設(shè)備選擇電路識別是否被選中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)答信號異步工作采用應(yīng)答信號 “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

4、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)備每臺設(shè)備都配有一套每臺設(shè)備都配有一套控制線路和一組信號線控制線路和一組信號線便于增刪設(shè)備便于增刪設(shè)備5.1.4、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

5、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

6、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

7、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/

8、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5.2 I/O設(shè)備設(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、

9、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)信息存儲設(shè)備計(jì)算機(jī)信息存儲設(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)換器本質(zhì)是傳感器本質(zhì)是傳感器 1.1.掃描式掃描式鍵盤鍵盤 1)1)逐行掃描法逐行掃描法原理原理 ( (見圖見圖8-3 )-3 )圖圖3 矩陣掃描式鍵盤構(gòu)成矩陣掃描式鍵盤構(gòu)成行驅(qū)動(dòng)L0L1L2L3V

10、cc列輸入緩沖C0C1C2C33)3)去抖動(dòng)處理去抖動(dòng)處理 ( (見圖見圖8-4 )8-4 )圖8-4 鍵抖動(dòng)與去抖動(dòng)處理延時(shí)延時(shí)讀鍵讀鍵（a）VcVc12鍵信號（b）鼠標(biāo)的工作原理 鼠標(biāo)按其工作原理的不同可以分為鼠標(biāo)按其工作原理的不同可以分為機(jī)械鼠標(biāo)機(jī)械鼠標(biāo)和和光電光電鼠標(biāo)鼠標(biāo)。機(jī)械鼠標(biāo)主要由滾球、輥柱和光柵信號傳感。機(jī)械鼠標(biāo)主要由滾球、輥柱和光柵信號傳感器組成。當(dāng)你拖動(dòng)鼠標(biāo)時(shí)，帶動(dòng)器組成。當(dāng)你拖動(dòng)鼠標(biāo)時(shí)，帶動(dòng)滾球滾球轉(zhuǎn)動(dòng)，滾球又轉(zhuǎn)動(dòng)，滾球又帶動(dòng)帶動(dòng)輥柱輥柱轉(zhuǎn)動(dòng)，裝在輥柱端部的轉(zhuǎn)動(dòng)，裝在輥柱端部的光柵信號傳感器光柵信號傳感器產(chǎn)產(chǎn)生的生的光電脈沖信號光電脈沖信號反映出鼠標(biāo)器在垂直和水平方向反映

11、出鼠標(biāo)器在垂直和水平方向的的位移變化位移變化，再通過電腦，再通過電腦程序程序的處理和轉(zhuǎn)換來控制的處理和轉(zhuǎn)換來控制屏幕上光標(biāo)箭頭的移動(dòng)。屏幕上光標(biāo)箭頭的移動(dòng)。 光電鼠標(biāo)光電鼠標(biāo)是通過檢測鼠標(biāo)器的位移，將是通過檢測鼠標(biāo)器的位移，將位移信號位移信號轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為電脈沖信號，再通過換為電脈沖信號，再通過程序程序的處理和轉(zhuǎn)換來控制的處理和轉(zhuǎn)換來控制屏幕上的鼠標(biāo)箭頭的移動(dòng)。光電鼠標(biāo)用光電傳感器屏幕上的鼠標(biāo)箭頭的移動(dòng)。光電鼠標(biāo)用光電傳感器代替了滾球。這類傳感器需要特制的、帶有條紋或代替了滾球。這類傳感器需要特制的、帶有條紋或點(diǎn)狀圖案的點(diǎn)狀圖案的墊板配合墊板配合使用。使用。 光電鼠標(biāo)原理圖光電鼠標(biāo)結(jié)構(gòu)圖光電鼠標(biāo)結(jié)構(gòu)

12、圖電容觸摸屏原理三、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 在顯示屏幕上，圖形和圖像都是由在顯示屏幕上，圖形和圖像都是由稱作稱作像素像素的光點(diǎn)組成，光點(diǎn)的多少的光點(diǎn)組成，光點(diǎn)的多少稱為稱為分辨率分辨率，光點(diǎn)的深淺變化稱為，光點(diǎn)的深淺變化稱為灰度級（灰度級（彩顯上稱為彩顯上稱為顏色）顏色）。 熒光粉被電子束掃過之后只能維持熒光粉被電子束掃過之后只能維持幾十幾十毫秒毫秒，所以，要使電子束不斷地重復(fù)掃，所以，要使電子束不斷地重復(fù)掃描整個(gè)屏幕，這個(gè)過程叫描整個(gè)屏幕，這個(gè)過程叫刷新

13、刷新 為了提供刷新；所需的圖像信號，必須為了提供刷新；所需的圖像信號，必須把把一幀圖像一幀圖像信息存儲在信息存儲在刷新存儲器，刷新存儲器，也也叫叫視頻存儲器。視頻存儲器。例：例：分辨率為分辨率為1024*1024 256灰度級灰度級 刷新存儲器容量為刷新存儲器容量為1024*1024*8b2.刷新和刷新存儲器刷新和刷新存儲器 RA3RA2RA1RA0ROM內(nèi)容000010H000128H001044H001182H010082H0101FEH011082H011182H100000H7（橫）8（縱）點(diǎn)陣形成字符A圖案 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、

14、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1. A/D、D/A2. 終端終端完成顯示控制與存儲、鍵盤管理及通信控制完成顯示控制與存儲、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/模擬）轉(zhuǎn)換器模擬）轉(zhuǎn)換器由由鍵盤鍵盤和和顯示器顯示器組成組成3. 漢字處理漢字處理漢字輸入、漢字存儲、漢字輸出漢字輸入、漢字存儲、漢字輸出漢字表示漢字表示 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)漢字漢字信息也都是用二進(jìn)制代碼形式表示的。信息也都是用二進(jìn)制代碼形式表示的。 目前國家規(guī)定用目前國家規(guī)定用GB (GB1988 和和 GB2312-80)作為作為 代碼表示漢字和其它常用信息符號。代碼

15、表示漢字和其它常用信息符號。 GB2312GB2312 由由 1616 位二進(jìn)制位編碼位二進(jìn)制位編碼, , 包含包含67636763個(gè)漢字，個(gè)漢字， 682682個(gè)非漢字個(gè)非漢字( (標(biāo)點(diǎn)符號標(biāo)點(diǎn)符號, , 日文假名及西文字母日文假名及西文字母) ) 。 兩字節(jié)兩字節(jié)表一個(gè)漢字表一個(gè)漢字, , 排成排成94949494矩陣矩陣, , 故稱故稱“區(qū)位碼區(qū)位碼” 例：例：“中中” ” 代碼是代碼是 0101,0110,0101,0000(5650H) “ “國國” ” 代碼是代碼是 0011,1001,0111,1010(397AH) 漢字的漢字的字形碼字形碼 0020H4020H2020H102

16、0H0020HF3FEH1020H1020H1020H1020H1020H1220H1420H1820H0020H0020H以以16161616點(diǎn)陣點(diǎn)陣漢字漢字為例，作為例，作 字形碼字形碼： 每字需要每字需要32Byte32Byte個(gè)個(gè)存儲單元存儲單元每個(gè)漢字每個(gè)漢字以以二個(gè)字二個(gè)字節(jié)代表節(jié)代表，則可容納則可容納3 3萬多字萬多字五、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)媒體：信息傳遞和存儲的技術(shù)和手段媒體：信息傳遞和存儲的技術(shù)和手段包括音樂、語言、圖片、文件、書籍、電包括音樂、語言、圖片、文件、書籍、電視、廣播、電話、電影等

17、視、廣播、電話、電影等單功能媒體單功能媒體 多功能媒體多功能媒體 （1）視頻和音頻的壓縮和解壓縮技術(shù)）視頻和音頻的壓縮和解壓縮技術(shù)（2）多媒體專用芯片）多媒體專用芯片（3）大容量存儲器）大容量存儲器（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)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的選擇設(shè)備的選擇2. 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖數(shù)據(jù)緩沖達(dá)到速度匹配達(dá)到速度匹配4. 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)電平電平轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換5. 傳送傳送控制命令控制命令6. 反映設(shè)備的反映設(shè)備的狀態(tài)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 并并格式轉(zhuǎn)換格

18、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1. 總線總線連接方式的連接方式的 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選址功能功能傳送傳送命令命令的功能的功能傳送傳送數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的功能的功能反映設(shè)備反映設(shè)備狀態(tài)狀態(tài)的功能的功能設(shè)備設(shè)備選擇電路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

19、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 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 控制邏輯電控制邏輯電路路I/O接接口口外外 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

20、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 82798279、 Intel 8275Intel 8259Intel 82575.4 程序查詢方式程序查詢方式一、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)記檢查狀態(tài)標(biāo)記N 設(shè)備設(shè)備N準(zhǔn)備就

21、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)置設(shè)置計(jì)數(shù)值計(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)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)容設(shè)備選擇電設(shè)備選擇電路路DBRQQ&數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)線線準(zhǔn)備就緒準(zhǔn)備就緒啟動(dòng)命啟動(dòng)命令令地址地址線線SEL輸入

22、數(shù)輸入數(shù)據(jù)據(jù)啟動(dòng)設(shè)啟動(dòng)設(shè)備備設(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以以輸入輸入為例為例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)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

23、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 CPU 與打印機(jī)并行工作與打印機(jī)并行工作三、程序中斷方式的三、程序中斷方式的接口電路接口電路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 中斷中斷請求請求觸發(fā)器觸發(fā)器INTR = 1 有請求有請求MASK 中斷中斷屏蔽屏蔽觸發(fā)器觸發(fā)器MASK = 1 被屏蔽被屏蔽來自來自 CPU 的的中斷查詢信號中斷查詢信號受設(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

24、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INTP1 INTP2 INTP3 INTP4 INTR1INTR2INTR3INTR4 1& 1& 1& 1& INTR1設(shè)備設(shè)備 1#、2#、3#、4# 優(yōu)先級按優(yōu)先級按 降序排列降序排列INTRi = 1 有請求有請求 即即 INTRi = 01INTP11INTP21INTP31INTP4&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

25、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

26、 向量地址向量地址再由再由 向量地址向量地址 找到找到 入口地址入口地址四、四、I/O 中斷處理過程中斷處理過程1. CPU 響應(yīng)中斷的響應(yīng)中斷的條件和時(shí)間條件和時(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)自動(dòng)復(fù)復(fù)位位當(dāng)當(dāng) D = 1（隨機(jī)隨機(jī)）且）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) 中斷查詢信號中斷查詢信號（將（將 INTR 置置“1”）設(shè)備選擇電路設(shè)備選擇電路DBR

27、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)啟動(dòng)設(shè)備備設(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來自高一級 的排隊(duì)器的排隊(duì)器至低一級至低一級的排隊(duì)的排隊(duì)器器向量地向量地址址中斷響中斷響應(yīng)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

28、斷返回中斷返回對不同的對不同的 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 中斷中斷允許級別更高允許級別更高 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程序斷點(diǎn)斷點(diǎn)的保護(hù)的保護(hù)寄存器寄存器內(nèi)容的保護(hù)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)保護(hù)現(xiàn)場場設(shè)備服設(shè)備服務(wù)務(wù)恢復(fù)現(xiàn)恢復(fù)現(xiàn)場場

29、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中斷周中斷周期期是是中斷返中斷返回回保護(hù)現(xiàn)場保護(hù)現(xiàn)場設(shè)備服設(shè)備服務(wù)務(wù)恢復(fù)現(xiàn)恢復(fù)現(xiàn)場場開中斷開中斷開中斷開中斷開中開中斷斷中斷隱指中斷隱指令令中斷隱指令中斷隱指令否否取指取指令令執(zhí)行指執(zhí)行指令令中斷否？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中斷周中斷周期期是是中斷服務(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

30、線 緩沖器緩沖器讀讀 / 寫寫邏邏 輯輯級聯(lián)緩沖級聯(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

31、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)主程主程序序繼續(xù)執(zhí)行主程繼續(xù)執(zhí)行主程序序啟動(dòng)外啟動(dòng)外設(shè)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)行主程繼續(xù)執(zhí)行主程序序CPU5.6 DMA 方式方式一、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

32、. 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 對主存的利用率對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(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)請求訪存同時(shí)請

33、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)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

34、(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)，給出操作完成信號給出操作完成信號修正修正 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)線數(shù)據(jù)線地址線地址線+1+1溢出信號溢出信號DREQDACKBR三

35、、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)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

36、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) 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)線溢出信號溢出信號