計(jì)算機(jī)組成原理第五章

1、主講:雷向東中南大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院Central South UniversitySchool of Information Science and Engineering 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 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(xiàn)連接總線(xiàn)連接CPU 和和 I/O 并行并行 工作工作3. 具有通道結(jié)構(gòu)的階段具

2、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)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 與主機(jī)的聯(lián)系方式與主機(jī)的聯(lián)系方式1. I/O 編址方式編址方式(1)

3、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)門(mén)的 I/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9.09ms2 9.09ms4. 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

4、始位終止位終止位9.09ms2 9.09ms5. I/O 與主機(jī)的連接方式與主機(jī)的連接方式(1) 輻射式連接輻射式連接(2) 總線(xiàn)連接總線(xiàn)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(xiàn)路和一組信號(hào)線(xiàn)控制線(xiàn)路和一組信號(hào)線(xiàn)便于增刪設(shè)備便于增刪設(shè)備四、四、I/O 與主機(jī)信息傳送的控制方式與主機(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

5、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/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(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)

6、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)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

7、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)行程序執(zhí)行現(xiàn)行程序CPU 執(zhí)行現(xiàn)行程序執(zhí)行現(xiàn)

8、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)備及傳送一、概述一、概述外部設(shè)備大致分三類(lèi)外部設(shè)備大致分三類(lèi)鍵盤(pán)鍵盤(pán) 鼠標(biāo)鼠標(biāo) 打印機(jī)打印機(jī) 顯示器顯示器 磁盤(pán)磁盤(pán) 光盤(pán)光盤(pán) 磁帶磁帶二、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

9、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(pán)法）（編碼鍵盤(pán)法）1. 人機(jī)交互設(shè)備人機(jī)交互設(shè)備2. 計(jì)算機(jī)信息駐留設(shè)備計(jì)算機(jī)信息駐留設(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)器等機(jī)械式、光電式機(jī)械式、光電式三、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.

10、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)完成顯示控制與存儲(chǔ) 鍵盤(pán)管理及通信控制鍵盤(pán)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)（“

11、忙忙”、“就緒就緒”、“中斷請(qǐng)求中斷請(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(xiàn)設(shè)備選擇線(xiàn)(2) 數(shù)據(jù)線(xiàn)數(shù)據(jù)線(xiàn)(3) 命令線(xiàn)命令線(xiàn)(4) 狀態(tài)線(xiàn)狀態(tài)線(xiàn)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(xiàn)數(shù)據(jù)線(xiàn)命令線(xiàn)命令線(xiàn)狀態(tài)線(xiàn)狀態(tài)線(xiàn)I/O總線(xiàn)總線(xiàn)設(shè)備選擇線(xiàn)設(shè)備選擇線(xiàn) 總線(xiàn)連接方式的總線(xiàn)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寄存器

12、 命令譯碼器命令譯碼器數(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(xiàn)數(shù)據(jù)線(xiàn)命令命令狀態(tài)狀態(tài)數(shù)據(jù)線(xiàn)數(shù)據(jù)線(xiàn)命令線(xiàn)命令線(xiàn)狀態(tài)線(xiàn)狀態(tài)線(xiàn)CPU地址線(xiàn)地址線(xiàn)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

13、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 8275Intel 8259Intel 8257一、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

14、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)置內(nèi)存緩沖區(qū)首址設(shè)置內(nèi)存緩沖區(qū)首址設(shè)置計(jì)數(shù)器設(shè)置計(jì)數(shù)器啟動(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)修改內(nèi)存地址修改內(nèi)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設(shè)備選擇電路設(shè)備選擇電路DBRQQ&數(shù)據(jù)線(xiàn)數(shù)據(jù)線(xiàn)準(zhǔn)備就緒準(zhǔn)備就緒啟動(dòng)命令啟動(dòng)命令地

15、址線(xiàn)地址線(xiàn)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中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序入口入口1入口入口212一、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

16、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 = 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

17、 內(nèi)、在接口電路中（鏈?zhǔn)脚抨?duì)器）內(nèi)、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 = 01INTP11INTP21INTP31INTP4&INTR1INTR2INTR3INTR4INTR1INTR2INTR3INTR4 1& 1& 1& 1& INTP1 INTP2

18、 INTP3 INTP4 INTR2INTR1INTR1INTR21&INTP22. 排隊(duì)器排隊(duì)器排隊(duì)排隊(duì)在在 CPU 內(nèi)、在接口電路中（鏈?zhǔn)脚抨?duì)器）內(nèi)、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)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

19、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(xiàn)數(shù)據(jù)線(xiàn)啟動(dòng)命令啟動(dòng)命令地址線(xiàn)地址線(xiàn)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(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

20、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 指令置指令置 “1” EINT用用 關(guān)中斷關(guān)中斷 指令置指令置“ 0” EINT 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(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(xiàn)數(shù)據(jù)線(xiàn)啟動(dòng)命令啟動(dòng)命

21、令地址線(xiàn)地址線(xiàn)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)

22、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(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

23、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)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 主程序和服務(wù)程序搶占主程序和服務(wù)程序搶占 CPU 示意示意準(zhǔn)備工作準(zhǔn)備工作準(zhǔn)備工作準(zhǔn)備工作準(zhǔn)備工作

24、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CPU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(xiàn)內(nèi)部總線(xiàn) 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

25、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/ENIR0IR1IR2IR3IR4IR5IR6IR7內(nèi)部總線(xiàn)內(nèi)部總線(xiàn)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)據(jù)的三種方式與主存交

26、換數(shù)據(jù)的三種方式(1) 停止停止 CPU 訪(fǎng)問(wèn)主存訪(fǎng)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(fǎng)問(wèn)主存有三種可能訪(fǎng)問(wèn)主存有三種可能 CPU 此時(shí)不訪(fǎng)存此時(shí)不訪(fǎng)存 CPU 正在訪(fǎng)存正在訪(fǎng)存 CPU 與與 DMA 同時(shí)請(qǐng)求訪(fǎng)存同時(shí)請(qǐng)求訪(fǎng)存此時(shí)此時(shí) CPU 將總線(xiàn)控制權(quán)讓給將總

27、線(xiàn)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(fǎng)問(wèn)交替訪(fǎng)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 工作周期工作周期C1 專(zhuān)供專(zhuān)供 DMA 訪(fǎng)存訪(fǎng)存C2 專(zhuān)供專(zhuān)供 CPU 訪(fǎng)存訪(fǎng)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(xiàn)處理總線(xiàn) 控制權(quán)的轉(zhuǎn)交控制權(quán)的轉(zhuǎn)交(3) 管

28、理管理 系統(tǒng)總線(xiàn)、系統(tǒng)總線(xiàn)、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(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)地址和長(zhǎng)度傳送過(guò)程中的數(shù)據(jù)地址和長(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 邏邏 輯輯設(shè)備設(shè)備HLDAARWCDARHRQ中斷請(qǐng)求中斷請(qǐng)求數(shù)據(jù)線(xiàn)數(shù)據(jù)線(xiàn)地址線(xiàn)地址線(xiàn)+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(

29、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 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

30、送過(guò)程示意允許傳送？允許傳送？主存地址送總線(xiàn)主存地址送總線(xiàn)數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)送I/O設(shè)備（或主存設(shè)備（或主存 ）主存地址主存地址 加加 1傳送個(gè)數(shù)傳送個(gè)數(shù) 減減 1 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) 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(3) 數(shù)據(jù)傳送過(guò)程（輸入）數(shù)據(jù)傳送過(guò)程（輸入）BR設(shè)備設(shè)備DMA 控控 制制 邏邏 輯輯 中中 斷斷 邏邏 輯輯ARWCDARDMA接口接口主主存存CPU+1+1DREQHRQHLDA地址線(xiàn)地址線(xiàn)DACK數(shù)據(jù)線(xiàn)數(shù)據(jù)線(xiàn)溢出信號(hào)溢出信號(hào)中斷請(qǐng)求中斷請(qǐng)求ARWC+1+1BRBRBRBRBRBRBR設(shè)備設(shè)備DMA 控控 制制 邏邏 輯輯 中中 斷斷 邏邏 輯輯ARWCDARDMA接口接口主主存存CPU+1+1DREQHRQHLDA地址線(xiàn)地址線(xiàn)DACK數(shù)據(jù)線(xiàn)數(shù)據(jù)線(xiàn)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)據(jù)傳送過(guò)程（輸出）BRBRBRBR(5) 后處