第8章-輸入輸出系統(tǒng)

1.假設(shè)微指令的操作控制字段共18位，若采用直接控制，則一條微指令最多可同時啟動

個微操作命令。若采用字段直接編碼控制，并要求一條微指令能同時啟動3個微操作，則微指令的操作控制字段應(yīng)分

段，若每個字段的微操作數(shù)相同，這樣的微指令格式最多可包含

個微操作命令。2.相聯(lián)存儲器的訪問方式是__

__。A.先入先出訪問B.按地址訪問C.按內(nèi)容訪問D.先入后出訪問3.CPU執(zhí)行程序時，為了從內(nèi)存中讀取指令，需要先將

的內(nèi)容輸送到

上。A．指令寄存器B．程序計數(shù)器(PC)C．標志寄存器D.變址寄存器A．數(shù)據(jù)總線B．地址總線C．控制總線D．通信總線4.CPU從主存取出一條指令并執(zhí)行該指令的時間叫做_B_____。A.機器周期B.指令周期C.時鐘周期D.總線周期5.系統(tǒng)總線是指（D）。A.運算器、控制器和寄存器之間的信息傳送線B.運算器、寄存器和主存之間的信息傳送線C.運算器、寄存器和外圍設(shè)備之間的信息傳送線D.CPU、主存和外圍設(shè)備之間的信息傳送線6.流水CPU是由一系列叫做“段”的處理線路所組成，和具有m個并行部件的CPU相比，一個m段的流水CPU（）A.具備大致同等水平的吞吐能力B.不具備同等水平的吞吐能力C.吞吐能力前者明顯大于后者D.吞吐能力前者明顯小于后者7.某計算機字長32位，其存儲容量是1MB，若按字編址，它的尋址范圍是（）A.0—1M

B.0—512KB

C.0—256K

D.0—256KB8.雙端口存儲器在（）情況下會發(fā)生讀/寫沖突。A．左端口與右端口的地址碼不同

B.左端口與右端口的地址碼相同C．左端口與右端口的數(shù)據(jù)碼相同

D.左端口與右端口的數(shù)據(jù)碼不同9.馮.諾依曼機工作方式的基本特點是___。A．多指令流單數(shù)據(jù)流

B.按地址訪問并順序執(zhí)行指令C．堆棧操作

D.存儲器按內(nèi)容選擇地址10.按照總線仲裁電路的位置不同，可分為_________仲裁和______仲裁。11.CPU能直接訪問_________和_______，但不能直接訪問磁盤和光盤。12.主存與cache的地址映射有_________、_________、________三種方式。第8章輸入輸出系統(tǒng)8.1輸入輸出系統(tǒng)概述8.2I/O端口的編址方式及數(shù)據(jù)傳送方式8.3程序直接控制方式8.4程序中斷方式8.5DMA方式8.6通道控制方式1.什么是輸入輸出系統(tǒng)

計算機主機與外界交換信息時的硬件和軟件的總稱，簡稱為I/O系統(tǒng)。2.輸入輸出系統(tǒng)的構(gòu)成(1)硬件部分：外部設(shè)備、設(shè)備控制器與接口、I/O總線。

(2)軟件部分：驅(qū)動程序、用戶程序、管理程序、升級補丁等。3.輸入輸出系統(tǒng)的功能：選擇相應(yīng)的外部設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳輸?？刂仆獠吭O(shè)備與主機進行信息交換，主要功能有：數(shù)據(jù)緩沖、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、協(xié)調(diào)控制、控制/狀態(tài)信息交換。1.I/O設(shè)備與主機的連接方式(1)輻射式連接外設(shè)Ⅰ外設(shè)Ⅱ外設(shè)Ⅲ主機不便于增刪設(shè)備每臺設(shè)備都配有一套控制線路和一組信號線8.1輸入輸出系統(tǒng)概述(2)總線連接便于增刪設(shè)備主機外設(shè)接口接口外設(shè)(3)通道主機外設(shè)通道通道外設(shè)外設(shè)外設(shè)把輻射式和總線式相結(jié)合。(4)

I/O處理機并行能力提高CPU地址數(shù)據(jù)控制數(shù)據(jù)控制狀態(tài)外部設(shè)備接口電路接口2.CPU與I/O接口之間的信息（1）數(shù)據(jù)信號如：8位、16位、32位數(shù)據(jù)；（2）狀態(tài)信號表示外設(shè)是否準備好信號。如：READY、BUSY、ACK(確認應(yīng)答)（3）控制信號表示啟動、停止外設(shè)之類的信號。CPU與IO接口進行通信是通過接口內(nèi)部的一組寄存器來實現(xiàn)的。這些寄存器稱為端口。三、輸入輸出設(shè)備和CPU交換數(shù)據(jù)的過程：輸入過程：(1)CPU把地址值放在地址總線上，選擇某設(shè)備；(2)CPU等候輸入設(shè)備的數(shù)據(jù)成為有效；(3)CPU從數(shù)據(jù)總線讀入數(shù)據(jù)，并放入寄存器。輸出過程：(1)CPU把地址值放在地址總線上，選擇設(shè)備；(2)CPU把數(shù)據(jù)放在數(shù)據(jù)總線上；(3)輸出設(shè)備認為數(shù)據(jù)有效，從而把數(shù)據(jù)取走。問題的關(guān)鍵在于：究竟什么時候數(shù)據(jù)才成為有效?高速的CPU與速度參差不齊的外設(shè)怎樣在時間上同步呢？因此，對于不同速度的外圍設(shè)備，需要有不同的定時方式。四、CPU與外圍設(shè)備之間的定時慢速外圍設(shè)備

中速外圍設(shè)備高速外圍設(shè)備1、慢速外圍設(shè)備速度極慢或簡單的外圍設(shè)備：對于這類設(shè)備CPU總是能足夠快地作出響應(yīng)，也可以說，CPU認為輸入的數(shù)據(jù)一直有效，在這種情況下，CPU只要接受和發(fā)送數(shù)據(jù)就可以了。常用的有：機械開關(guān)，顯示二極管等。開關(guān)------CPU認為輸入數(shù)據(jù)一直有效;

顯示二極管------輸出一定準備就緒。2、慢速或中速的外圍設(shè)備慢速或中速的外圍設(shè)備：CPU與這類設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換通常采用異步定時方式。在這種情況下，CPU和外設(shè)之間用問答信號進行定時的方式叫做應(yīng)答式數(shù)據(jù)交換。其定時過程如下（接收數(shù)據(jù)）：CPU詢問外設(shè)的狀態(tài)是否“準備就緒”CPU從總線上接收數(shù)據(jù)CPU發(fā)出輸入響應(yīng)信號，告訴數(shù)據(jù)取走外設(shè)把“準備就緒”的狀態(tài)標志復(fù)位CPU發(fā)送數(shù)據(jù)的情況也與上述情況相似請求輸出--否準備就緒--送出數(shù)據(jù)--發(fā)出“取走”信號通常，把這種在CPU和外設(shè)間用問答信號進行定時的方式叫做應(yīng)答式數(shù)據(jù)交換。3、高速外圍設(shè)備高速外圍設(shè)備：CPU和這類設(shè)備之間通常采用同步定時方式，一旦CPU和外設(shè)發(fā)生同步，他們之間的數(shù)據(jù)交換用時鐘控制來進行。

1)同步定時方式CPU以等間隔的速率執(zhí)行I/O指令。靠時鐘脈沖控制進行。

2)DMA方式更快的同步傳送要采用直接內(nèi)存訪問(DMA)方式。8.2I/O端口的編址方式及數(shù)據(jù)傳送方式CPU如何對IO進行編址。統(tǒng)一編址和獨立編址如何尋址設(shè)備號？IO與主機怎么連接。通過接口電路IO與主機以什么方式聯(lián)絡(luò)，使它們彼此之間都知道對方處于什么狀態(tài)。同步\異步\立即響應(yīng)方式信息的傳送是串行還是并行。一、IO端口的編址方式統(tǒng)一編址獨立編址統(tǒng)一編址獨立編址I/O端口地址和內(nèi)存單元地址是統(tǒng)一編址的內(nèi)存地址空間與I/O端口地址空間互相獨立I/O端口占用了內(nèi)存地址分別有訪問內(nèi)存和訪問I/O外設(shè)的控制線不設(shè)置專門的I/O指令比如：motorola系列,apple系列，還有一些單片機有專門的I/O指令I(lǐng)BM-PC系列、Z-80系列微型機及一些大型機補充：輸入輸出I/O指令格式1、專用的I/O指令包含操作碼、命令碼和地址碼三部分：操作碼用于區(qū)分訪存指令和I/O指令命令碼用于區(qū)分I/O操作的種類地址碼則指明要訪問的外設(shè)端口地址以及CPU寄存器號2、IBM/PC機的I/O指令只有兩條：IN和OUT

IN指令將外設(shè)端口中的數(shù)據(jù)讀入累加寄存器AL(AX)。OUT指令將累加寄存器AL(AX)的數(shù)據(jù)寫入外設(shè)端口。它們的匯編助記符及格式如下：端口地址為8位INAL/AX，port；輸入指令OUTport，AL/AX；輸出指令Port為8位的端口地址（0～255）；端口地址為16位MOVDX，portINAL/AX，DX；輸入指令OUTDX，AL/AX；輸出指令DX內(nèi)為16位的端口地址port。3、80286以上的CPU還支持I/O端口與內(nèi)存直接交換數(shù)據(jù)：輸入操作：MOVDX，PortLESDI，Buffer_inINSB；（將DX所指向的端口地址內(nèi)的數(shù)據(jù)輸入到由ES：DI所指向的內(nèi)存單元，傳送一個8位的數(shù)據(jù)）INSW；同上，傳送一個16位的數(shù)據(jù)輸出操作：MOVDX，PortLDSSI，Buffer_outOUTSB；（將由DS：SI所指向的內(nèi)存單元內(nèi)的數(shù)據(jù)輸出到DX所指向的端口地址，傳送一個8位的數(shù)據(jù)）OUTSW；同上，傳送一個16位的數(shù)據(jù)二、I/O設(shè)備與主機信息傳送方式I/O控制方式主要由程序?qū)崿F(xiàn)主要由附加硬件實現(xiàn)IOP方式程序查詢方式程序中斷方式DMA方式通道方式程序查詢方式：由CPU來執(zhí)行一段輸入輸出程序（由I/O指令所編的程序）來控制主機與外設(shè)之間的信息傳送。基本思想：I/O接口：設(shè)置反映外設(shè)工作的狀態(tài)字CPU：利用程序循環(huán)查詢先由主機通過啟動指令啟動外設(shè)工作，啟動后主機用測試指令不斷查詢外設(shè)工作是否完成，一旦外設(shè)工作完成，就可進行數(shù)據(jù)傳送了。8.3程序查詢方式一、程序查詢方式的接口電路設(shè)備選擇電路數(shù)據(jù)緩沖寄存器設(shè)備狀態(tài)寄存器CPU需要不斷監(jiān)測狀態(tài)位以確定是否該做下一個I/O操作。由于CPU比I/O設(shè)備快得多，所以輪詢就要浪費大量的CPU時間。②設(shè)備選擇電路DBRQQ&數(shù)據(jù)線準備就緒啟動命令地址線SEL輸入數(shù)據(jù)啟動設(shè)備設(shè)備工作結(jié)束①③④⑤⑥D(zhuǎn)B二、程序查詢方式的接口電路-工作過程①②③⑤1010④以輸入為例⑥(1)先向I/O設(shè)備發(fā)出命令字，請求進行數(shù)據(jù)傳送；(2)從I/O接口讀入狀態(tài)字；(3)檢查狀態(tài)字中的標志，看看數(shù)據(jù)交換是否可以進行；(4)假如這個設(shè)備沒有準備就緒，則第(2)、第(3)步重復(fù)進行，一直到這個設(shè)備準備好交換數(shù)據(jù)，發(fā)出準備就緒信號“Ready”為止；(5)CPU從I/O接口的數(shù)據(jù)緩沖寄存器輸入數(shù)據(jù)，或者將數(shù)據(jù)從CPU輸出至接口的數(shù)據(jù)緩沖寄存器。與此同時，CPU將接口中的狀態(tài)標志復(fù)位。（6）數(shù)據(jù)傳送三、程序查詢流程1.查詢流程檢查狀態(tài)標記交換數(shù)據(jù)準備就緒?是否單個設(shè)備測試指令轉(zhuǎn)移指令傳送指令檢查狀態(tài)標記1設(shè)備1準備就緒？檢查狀態(tài)標記N設(shè)備N準備就緒？…處理設(shè)備1是否否處理設(shè)備N是多個設(shè)備四、程序查詢方式的特點：控制簡單，但是主機和外設(shè)是串行工作的。當外設(shè)速度很慢時，主機大量時間被消耗在測試等待中，不能充分發(fā)揮CPU效率。CPU一段時間內(nèi)只能和一臺外設(shè)交換信息，無法使其它外設(shè)同時工作。當多個設(shè)備同時準備就緒時，由程序來決定優(yōu)先級。發(fā)現(xiàn)和處理預(yù)先無法估計的錯誤和異常情況困難。應(yīng)用：調(diào)試維護過程或其他簡單調(diào)用外設(shè)，適用在CPU不太忙且傳送速度要求不高時工作原理：CPU查詢外設(shè)已準備好后，才傳送數(shù)據(jù)。特點：CPU與外設(shè)間通過程序同步，CPU被外設(shè)獨占，CPU效率低下。要求：不需要增加額外的硬件電路。應(yīng)用：

適同在CPU不太忙且傳送速度要求不高時。程序查詢方式中斷問題的提出：在程序查詢方式中，CPU和外設(shè)的工作是串行的，當CPU和外設(shè)交換信息時，就把CPU的控制權(quán)交給了該設(shè)備，而CPU只能做測試等待，直到外設(shè)工作完成。CPU的大部分工作時間被浪費了。假若CPU在啟動外設(shè)工作后，設(shè)備釋放對CPU的控制權(quán)使CPU繼續(xù)工作，當外設(shè)工作完成后向CPU發(fā)中斷請求信號，若CPU響應(yīng)中斷，則停止正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序為該程序服務(wù)，這樣就能實現(xiàn)CPU和外設(shè)并行工作，使CPU的效率充分發(fā)揮。8.4中斷控制方式8.4中斷控制方式中斷的概念中斷源中斷識別（方法2種）中斷優(yōu)先級中斷嵌套中斷的處理過程(4個）

中斷屏蔽技術(shù)1、中斷：指CPU暫時中止現(xiàn)行程序，轉(zhuǎn)去處理隨機發(fā)生的緊急事件，處理后自動返回原程序的功能和技術(shù)。一、中斷的概念…KK+1QQ+1……中斷服務(wù)程序1中斷服務(wù)程序2入口1入口22、中斷系統(tǒng)是計算機實現(xiàn)中斷功能的軟硬件總稱。硬件：在CPU中設(shè)置中斷機構(gòu)，在外設(shè)接口中設(shè)置中斷控制器；軟件：設(shè)置相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。3、中斷應(yīng)用主機和低速的I/O設(shè)備速度的不匹配CPU啟動外設(shè)后，需要一段時間的等待才能實現(xiàn)主機與I/O設(shè)備之間的信息交換。在設(shè)備準備的同時，CPU不做無謂的等待，而是繼續(xù)執(zhí)行現(xiàn)行的程序，當I/O設(shè)備準備就緒后向CPU提出請求CPU暫停正在執(zhí)行的程序轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序。以打印機為例發(fā)中斷請求空閑接收數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)準備發(fā)中斷請求打印打印打印機執(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)中斷中斷返回響應(yīng)中斷中斷返回啟動打印機傳送數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)CPUCPU與打印機并行工作總之，中斷技術(shù)的出現(xiàn)，提供了一種以響應(yīng)外部異常事件而改變狀態(tài)流程的有效手段，它支持了多重程序的運行及多個用戶同時共享整個計算機資源，充分發(fā)揮了計算機的高速處理和實時處理能力，以及自動處理機內(nèi)部故障的能力，提高計算機的整機效率。異常處理如：計算機在運行時，突然掉電，保存CPU正在處理的信息，待來電后自動恢復(fù)。實時控制在實時控制領(lǐng)域，要求CPU能夠及時響應(yīng)外來信號的請求，并完成相應(yīng)的操作。也要求采用中斷技術(shù)。二、中斷源發(fā)出中斷請求的外部設(shè)備或引起中斷的內(nèi)部原因。簡單來講就是能夠發(fā)出中斷請求的來源。內(nèi)部中斷（不可屏蔽）(1)人為設(shè)置的中斷：如轉(zhuǎn)管指令(2)程序性事故溢出、操作碼不能識別、除法非法外部中斷(3)硬件故障（不可屏蔽）(4)I/O設(shè)備(5)外部事件用鍵盤中斷現(xiàn)行程序三、中斷識別中斷識別：CPU確定是哪個中斷源發(fā)出的中斷請求，并為之服務(wù)。只有外部硬件中斷需要識別，由中斷控制器來完成。目的：要形成該中斷源的中斷服務(wù)程序的入口地址中斷識別的方法有兩種：①硬件向量法：由中斷向量來指示中斷服務(wù)程序的入口地址。通過硬件來實現(xiàn)，響應(yīng)速度快。②軟件查詢法：通過采用軟件來查詢各設(shè)備的中斷狀態(tài)標志，確認是哪個設(shè)備發(fā)中斷，并為之服務(wù)?！蛄康刂贰抨犉鬏敵?/p>

顯示器服務(wù)程序

打印機服務(wù)程序JMP400JMP300JMP200…………主存12H13H14H200300向量地址入口地址入口地址中斷向量地址形成部件設(shè)備編碼器1000…000100100100…00010011硬件向量法四、中斷優(yōu)先級問題：多個中斷源同時請求中斷時，CPU應(yīng)該先響應(yīng)哪一個？解決：進行排隊。排隊的方式有兩種：按優(yōu)先級排隊：按中斷源的輕重緩急程度確定的優(yōu)先級別，稱為優(yōu)先級。它使用得最多。循環(huán)輪流排隊：不分級別高低，所有中斷源都一律平等，CPU輪流響應(yīng)各個中斷源的中斷請求。五.中斷嵌套（多重中斷）一個中斷請求尚未處理完，又轉(zhuǎn)而處理新的中斷請求，稱為中斷的多重嵌套或稱為多重中斷。1#中斷請求響應(yīng)返回1#中斷服務(wù)程序2#中斷請求響應(yīng)返回2#中斷服務(wù)程序3#中斷請求響應(yīng)返回3#中斷服務(wù)程序原主程序中斷優(yōu)先級3#>2#>1#六、I/O中斷處理過程中斷過程分為四個階段中斷請求→中斷響應(yīng)→中斷服務(wù)→中斷返回1、中斷請求①外設(shè)先發(fā)送“中斷請求”信號給CPU。②CPU執(zhí)行完每條指令后去檢查“中斷請求”輸入線INTR，NMI。CPU響應(yīng)中斷的條件和時間(1)條件(2)時間允許中斷觸發(fā)器EINT=1用開中斷指令將EINT置“1”用關(guān)中斷指令將EINT置“0”或硬件自動復(fù)位在每條指令執(zhí)行階段的結(jié)束CPU發(fā)中斷查詢信號（將INTR置“1”）2、中斷響應(yīng)3、中斷服務(wù)程序關(guān)中斷：以免在響應(yīng)過程中被新的中斷源中斷，破壞了當前中斷處理的現(xiàn)場（單重中斷）指令保護斷點：程序的狀態(tài)以及下一條指令的地址。系統(tǒng)完成保護現(xiàn)場：將中斷服務(wù)程序中用到的各寄存器壓入棧，以免存放其中的主程序的數(shù)據(jù)被破壞。入棧PUSH中斷處理：處理申請中斷的中斷源所要求的操作。

a.與CPU交換數(shù)據(jù)，進行I/O操作；

b.外部期望CPU給以控制，進行參數(shù)修改。恢復(fù)現(xiàn)場：出棧POP保護現(xiàn)場其它服務(wù)程序恢復(fù)現(xiàn)場中斷返回PUSH視不同請求源而定POP中斷服務(wù)程序IRET4、中斷返回中斷服務(wù)程序結(jié)束，執(zhí)行中斷返回。七、中斷屏蔽屏蔽一個或數(shù)個中斷源的中斷請求。屏蔽技術(shù)可改變處理優(yōu)先等級。響應(yīng)優(yōu)先級：不可改變處理優(yōu)先級：可改變（通過重新設(shè)置屏蔽字）響應(yīng)優(yōu)先級A→B→C→D

降序排列

中斷源原屏蔽字新屏蔽字ABCD11110111001100011111010001100111處理優(yōu)先級A→D→C→B降序排列1.設(shè)某機有5級中斷：L0—L4,優(yōu)先次序為L0最高,L1次之,L4最低。現(xiàn)要求將中斷程序的處理次序改為L1-L3-L0-L4-L2，試問：下表中各級中斷處理程序的各中斷級屏蔽值如何設(shè)置（每級對應(yīng)一位，該位為“0”表示允許中斷，該位為“1”表示中斷屏蔽）？中斷處理程序中斷處理級屏蔽位L0級L1級L2級L3級L4級L0中斷處理程序L1中斷處理程序L2中斷處理程序L3中斷處理程序L4中斷處理程序

10101

11111

00100

10111

0

01012.現(xiàn)有A、B、C、D四個中斷源，其優(yōu)先級由高向低按A、B、C、D順序排列。若中斷服務(wù)程序的執(zhí)行時間為20μs，請根據(jù)下圖所示時間軸給出的中斷源請求中斷的時刻，畫出CPU執(zhí)行程序的軌跡。服務(wù)程序t(s)主程序D服務(wù)C服務(wù)B服務(wù)A服務(wù)0102030405060708090100110120130B與C請求

D請求B請求A請求解：中斷系統(tǒng)需解決的問題(1)各中斷源如何向CPU提出請求？(2)各中斷源同時提出請求怎么辦？(5)如何尋找入口地址？(4)如何保護現(xiàn)場？(3)CPU什么條件、什么時間、以什么方式

響應(yīng)中斷？(6)如何恢復(fù)現(xiàn)場，如何返回？(7)處理中斷的過程中又出現(xiàn)新的中斷怎么辦？硬件

＋軟件1.允許中斷觸發(fā)器用于_____。

A．向CPU發(fā)中斷請求B．指示正有中斷在進行

C．開放或關(guān)閉中斷系統(tǒng)2．CPU響應(yīng)中斷的時間是_____。

A．一條指令執(zhí)行結(jié)束B．外設(shè)提出中斷C．取指周期結(jié)束3.向量中斷是_____。

A．外設(shè)提出中斷B．由硬件形成中斷服務(wù)程序入口地址

C．由硬件形成向量地址，再由向量地址找到中斷服務(wù)程序入口地址4．某機有四級中斷．優(yōu)先級從高到低為1→2→3→4。若將優(yōu)先級順序修改，改后1級中斷的屏蔽字為1011，2級中斷的屏蔽宇為1111，3級中斷的屏蔽字為0011，4級中斷的屏蔽字為0001，則修改后的優(yōu)先順序從高到低為_____。

A.3→2→1→4B．1→3→4→2C.2→1→3→45．中斷系統(tǒng)是由_____實現(xiàn)的。

A．硬件B.固件C．軟硬件結(jié)合8.5DMA方式直接存儲器訪問（DirectMemoryAddress）DMA方式是為了在主存儲器與高速I／O設(shè)備（磁盤）間交換批量數(shù)據(jù)而設(shè)置的。是一種完全由硬件執(zhí)行I/O交換的工作方式。在這種方式中，DMA控制器從CPU完全接管對總線的控制，數(shù)據(jù)交換不經(jīng)過CPU，而直接在內(nèi)存和I/O設(shè)備之間進行。優(yōu)點：速度快。由于CPU根本不參加傳送操作，因此就省去了CPU取指令、取數(shù)、送數(shù)等操作。在數(shù)據(jù)傳送過程中，沒有保存現(xiàn)場、恢復(fù)現(xiàn)場之類的工作。DMA和程序中斷兩種方式的數(shù)據(jù)通路CPU主存ACC中斷接口DMA接口I/O

設(shè)備中斷方式數(shù)據(jù)傳送通路輸入指令輸出指令DMA方式數(shù)據(jù)傳送通路在數(shù)據(jù)傳送過程中不需要CPU的參與，但是在啟動DMA時初始化工作和結(jié)束的過程中后處理還是由CPU靠指令來進行的。DMA的應(yīng)用場合：1、磁盤、磁帶等高速外圍存儲設(shè)備以數(shù)據(jù)塊為單位與CPU之間進行信息交換。數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后，采用中斷方式由CPU來處理。2、網(wǎng)絡(luò)通信接口。傳送速率幾十M/S,當一幀（以同步方式串行傳送的一塊數(shù)據(jù)）數(shù)據(jù)傳送完后，也是采用中斷方式通知CPU進行相應(yīng)的處理。3、用在DRAM的刷新。每隔一段時間(2ms)完成一次對DRAM的刷新。4、高速的數(shù)據(jù)采集。在A/D，圖像、音頻等信息的采集過程中。2.DMA與主存交換數(shù)據(jù)的三種方式停止CPU訪問主存CPU周期挪用（竊?。┓绞紻MA與CPU交替訪內(nèi)2.DMA與主存交換數(shù)據(jù)的三種方式(1)停止CPU訪問主存控制簡單CPU處于不工作狀態(tài)或保持狀態(tài)未充分發(fā)揮CPU對主存的利用率主存工作時間CPU不執(zhí)行程序DMA不工作DMA不工作DMA工作

CPU控制并使用主存

DMA控制并使用主存t(2)周期挪用（或周期竊?。〥MA訪問主存有三種可能

CPU此時不訪存

CPU正在訪存

CPU與DMA同時請求訪存此時CPU將總線控制權(quán)讓給DMA主存工作時間

CPU控制并使用主存

DMA控制并使用主存t(3)DMA與CPU交替訪問主存工作時間DMA控制并使用主存CPU控制并使用主存tCPU工作周期C1專供DMA訪存C2專供CPU

訪存所有指令執(zhí)行過程中的一個基準時間不需要申請建立和歸還總線的使用權(quán)二、DMA接口的功能和組成1.DMA接口功能(1)向CPU申請

DMA傳送(2)處理總線控制權(quán)的轉(zhuǎn)交(3)管理系統(tǒng)總線、控制數(shù)據(jù)傳送(4)確定數(shù)據(jù)傳送的首地址和長度(5)DMA傳送結(jié)束時，給出操作完成信號修正傳送過程中的數(shù)據(jù)地址和長度DMA接口主存CPU2.DMA接口組成DMA

控制邏輯

中斷機構(gòu)設(shè)備HLDAARWCDARHRQ中斷請求數(shù)據(jù)線地址線+1+1溢出信號DREQDACKBR三、DMA的工作過程1.DMA傳送過程預(yù)處理、數(shù)據(jù)傳送、后處理(1)預(yù)處理通過幾條輸入輸出指令預(yù)置如下信息通知DMA控制邏輯傳送方向（入/出）設(shè)備地址DMA的DAR主存地址DMA的AR傳送字數(shù)DMA的WC預(yù)處理：主存起始地址設(shè)備地址傳送數(shù)據(jù)個數(shù)啟動設(shè)備DMADMADMA數(shù)據(jù)傳送：繼續(xù)執(zhí)行主程序同時完成一批數(shù)據(jù)傳送后處理：中斷服務(wù)程序做DMA結(jié)束處理繼續(xù)執(zhí)行主程序CPU(2)DMA傳送過程示意允許傳送？主存地址送總線數(shù)據(jù)送I/O設(shè)備（或主存）修改主存地址修改字計數(shù)器數(shù)據(jù)塊傳送結(jié)束？向CPU申請程序中斷DMA請求否否是是數(shù)據(jù)傳送(3)后處理校驗送入主存的數(shù)是否正確是否繼續(xù)用DMA測試傳送過程是否正確，錯則轉(zhuǎn)診斷程序由中斷服務(wù)程序完成DMA方式與程序中斷方式的比較(1)數(shù)據(jù)傳送(2)響應(yīng)時間(3)處理異常情況(4)中斷請求(5)優(yōu)先級中斷方式DMA方式程序硬件指令執(zhí)行結(jié)束存取周期結(jié)束能不能低高傳送數(shù)據(jù)后處理三種方式的CPU工作效率比較存取周期結(jié)束CPU執(zhí)行現(xiàn)行程序CPU執(zhí)行現(xiàn)行程序DMA請求啟動I/OI/O準備I/O準備一個存取周期實現(xiàn)I/O與主存之間的傳送CPU

執(zhí)行現(xiàn)行程序CPU查詢等待并傳輸I/O數(shù)據(jù)CPU

執(zhí)行現(xiàn)行程序啟動I/OI/O準備及傳送指令執(zhí)行周期結(jié)束CPU執(zhí)行現(xiàn)行程序CPU執(zhí)行現(xiàn)行程序啟動I/O中斷請求I/O準備I/O準備CPU處理中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)I/O與主機之間的傳送間斷啟動I/O啟動I/OI/O準備中斷請求啟動I/OI/O準備一個存取周期DMA請求程序查詢方式程序中斷方式DMA方式I/O準備及傳送間斷I/O準備I/O準備通道由DMA的不足（CPU也參與啟動外設(shè)等操作，也要干預(yù)DMA進行預(yù)置和后處理）引出，如果把這些工作進一步接手過來，形成I/O通道，對I/O全面管理。這樣就引出了“通道控制”的概念。8.6通道方式基本思想通道：專用的I/O控制器；可以連接多個外設(shè)（控制器）；執(zhí)行通道程序。CPU：啟動通道，CPU將“傳輸控制”的功能下放給通道后只負責“數(shù)據(jù)處理”功能。CPU內(nèi)部運算和IO設(shè)備可以并行工作。典型的具有通道的計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖通道控制的原理

（1）通道指令和通道控制程序，獨立對外設(shè)進行控制

（2）輸入輸出指令：可以獨立于CPU進行，但通道的工作也要聽從CPU的統(tǒng)一調(diào)度

（3）輸入輸出中斷：通道控制器向CPU匯報工作情況。通道的功能：執(zhí)行通道指令組織外圍設(shè)備和內(nèi)存進行數(shù)據(jù)傳輸按I/O指令要求啟動外圍設(shè)備向CPU報告中斷1.通道的任務(wù)(1)接受CPU的I/O指令，按指令要求與指定的外圍設(shè)備進行通信。(2)從內(nèi)存選取屬于該通道程序的通道指令，經(jīng)譯碼后向設(shè)備控制器和設(shè)備發(fā)送各種命令。(3)組織外圍設(shè)備和內(nèi)存之間進行數(shù)據(jù)傳送，并根據(jù)需要提供數(shù)據(jù)緩存的空間，以及提供數(shù)據(jù)存入內(nèi)存的地址和傳送的數(shù)據(jù)量。(4)從外圍設(shè)備得到設(shè)備的狀態(tài)信息，形成并保存通道本身的狀態(tài)信息，根據(jù)要求將這些狀態(tài)信息送到內(nèi)存的指定單元，供CPU使用。

(5)將外圍設(shè)備的中斷請求和通道本身的中斷請求，按次序及時報告CPU。2.CPU對通道的管理

CPU是通過執(zhí)行I/O指令以及處理來自通道的中斷，實現(xiàn)對通道的管理。來自通道的中斷有兩種，一種是數(shù)據(jù)傳送結(jié)束中斷，另一種是故障中斷。管態(tài):CPU運行操作系統(tǒng)的管理程序的狀態(tài)。目態(tài):CPU執(zhí)行目的程序時的狀態(tài)。3.通道對設(shè)備控制器的管理通道通過使用通道指令控制設(shè)備控制器進行數(shù)據(jù)傳送操作，并以通道狀態(tài)字接收設(shè)備控制器反映的外圍設(shè)備的狀態(tài)。因此，設(shè)備控制器是通道對I/O設(shè)備實現(xiàn)傳輸控制的執(zhí)行機構(gòu)。設(shè)備控制器的具體任務(wù)如下：

(1)從通道接受通道指令，控制外圍設(shè)備完成所要求的操作；(2)向通道反映外圍設(shè)備的狀態(tài)；(3)將各種外圍設(shè)備的不同信號轉(zhuǎn)換成通道能夠識別的標準信號。4、通道的類型與之相關(guān)的特點（重點）

(1）字節(jié)多路通道

以字節(jié)為單位交叉?zhèn)魉透髟O(shè)備數(shù)據(jù)（慢速）主要用于連接大量的低速設(shè)備，如鍵盤、打印機等等。例如數(shù)據(jù)傳輸率是1000B/s，即傳送1個字節(jié)的間隔是1ms，而通道從設(shè)備接收或發(fā)送一個字節(jié)只需要幾百納秒，因此通道在傳送兩個字節(jié)之間有很多空閑時間，字節(jié)多路通道正是利用這個空閑時間為其他設(shè)備服務(wù)。特點：字節(jié)多路通道是一種簡單的低速共享通道，在時間分割的基礎(chǔ)上，服務(wù)于多臺低速和中速的外部設(shè)備。(2）選擇通道

選擇通道是一種高速通道，在物理上它可以連接多個設(shè)備，但每次只能選擇一臺I/O設(shè)備。數(shù)據(jù)的傳送以數(shù)據(jù)塊方式進行，傳送的速率很高。選擇通道主要用于連接高速外圍設(shè)備，如磁盤、磁帶等，信息以成組方式高速傳輸。由于數(shù)據(jù)傳輸率很高，可以達到1.5MB/s，即0.67μs傳送一個字節(jié)，通道在傳送兩個字節(jié)之間已很少空閑，所以在數(shù)據(jù)傳送期間只為一臺設(shè)備服務(wù)是合理的。但是這類設(shè)備的輔助操作時間很長,在樣長的時間里通道處于等待狀態(tài)，因此整個通道的利用率不是很高。(3）數(shù)組多路通道

以數(shù)組（數(shù)據(jù)塊）為單位交叉?zhèn)魉透髟O(shè)備數(shù)據(jù)特點：當某設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳送時，通道只為該設(shè)備服務(wù)，當設(shè)備在執(zhí)行尋址等控制動作時，通道暫時斷開與這個設(shè)備的連接，掛起設(shè)備的通道程序，去為其他設(shè)備服務(wù)。由于數(shù)組多路通道既保留了選擇通道高速傳送數(shù)據(jù)的優(yōu)點，又充分利用了控制性操作的時間間隔為其他設(shè)備服務(wù)，使通道效率充分得到發(fā)揮，因此數(shù)組多路通道在實際系統(tǒng)中得到較多應(yīng)用。字節(jié)多路通道和數(shù)組多路通道共同之處：都是多路通道，在一段時間內(nèi)能交替執(zhí)行多個設(shè)備的通道程序，使這些設(shè)備同時工作。不同之處：(1)數(shù)組多路通道允許多個設(shè)備同時工作，但只允許一個設(shè)備進行傳輸型操作，其他設(shè)備進行控制型操作。而字節(jié)多路通道不僅允許多個設(shè)備同時操作，而且也允許它們同時進行傳輸型操作。(2)數(shù)組多路通道與設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳送的基本單位是數(shù)據(jù)塊，通道必須為一個設(shè)備傳送完一個數(shù)據(jù)塊以后，才能為別的設(shè)備傳送數(shù)據(jù)塊。而字節(jié)多路通道與設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳送的基本單位是字節(jié)，通道為一個設(shè)備傳送一個字節(jié)后，又可以為另一個設(shè)備傳送一個字節(jié)，因此各設(shè)備與通道之間的數(shù)據(jù)傳送是以字節(jié)為單位交替進行。通道結(jié)構(gòu)的發(fā)展:1.輸入輸出處理器(IOP)

是通道結(jié)構(gòu)的I/O處理器。IOP可以和CPU并行工作，提供高速的DMA處理能力，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳送。但是它不是獨立于CPU工作的，而是主機的一個部件。有些IOP例如Intel8089IOP，還提供數(shù)據(jù)的變換、搜索以及字裝配/拆卸能力。這類IOP廣