計算機組成原理第8章

計算機組成原理第八章CPU與外界交換信息的方式2/5/20231

8.1程序查詢方式8.1.1設(shè)備編址1.統(tǒng)一編址。I/O設(shè)備中的控制寄存器、數(shù)據(jù)寄存器等設(shè)備，與內(nèi)存單元聯(lián)合一起編址。2.單獨編址。內(nèi)存單元和I/O設(shè)備分開編址，訪存和訪問I/O設(shè)備時，各自使用具有不同OP的指令。8.1.2程序查詢方式的接口

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如圖8.1所示，程序查詢方式的接口電路包括：設(shè)備選擇電路、數(shù)據(jù)緩沖寄存器、設(shè)備狀態(tài)標(biāo)志。1.設(shè)備選擇電路。判斷AB線上呼叫的設(shè)備是不是本設(shè)備，是設(shè)備地址的譯碼器。2.數(shù)據(jù)緩沖寄存器。存放來自于外設(shè)或CPU的數(shù)據(jù)，在外設(shè)與CPU之間雙向交換信息。3.設(shè)備狀態(tài)標(biāo)志。位于接口中的一種標(biāo)志觸發(fā)器，反映各種設(shè)備當(dāng)前工作狀態(tài)。2/5/20234

8.2程序中斷方式8.2.1程序中斷方式的概念當(dāng)某一外設(shè)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒后，該設(shè)備就主動向CPU發(fā)出請求中斷信號，請求CPU暫時中斷目前正在執(zhí)行的程序，而進行數(shù)據(jù)交換。當(dāng)CPU響應(yīng)該外設(shè)的中斷請求時，便暫停主程序的運行，自動轉(zhuǎn)移到該設(shè)備的中斷服務(wù)程序。當(dāng)中斷服務(wù)程序結(jié)束以后，CPU又回到原來的主程序去繼續(xù)運行。2/5/202358.2.2單級中斷單級中斷系統(tǒng)是中斷結(jié)構(gòu)中最基本的形式。2/5/202368.2.3多級中斷由多個中斷源構(gòu)成。根據(jù)各中斷事件的輕重緩急程度的不同，分成若干中斷級別。每一種中斷級都分配給一個優(yōu)先權(quán)。優(yōu)先權(quán)高的中斷級，可以打斷優(yōu)先權(quán)低的中斷服務(wù)程序，以程序嵌套方式進行工作。2/5/20237

根據(jù)系統(tǒng)配置的不同，多級中斷還可以分為一維多級中斷和二維多級中斷。2/5/202388.3DMA方式8.3.1

DMA(直接內(nèi)存訪問)的基本概念DMA是一種完全由硬件執(zhí)行I/O交換的工作方式。CPU與外設(shè)交換信息時，DMA控制器完全接管CPU對總線的控制權(quán)，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。DMA的基本操作過程：(1)從外設(shè)發(fā)出DMA請求。(2)CPU響應(yīng)請求，把CPU工作改成DMA操作方式，DMA控制器從CPU接管總線控制。(3)由DMA控制器對內(nèi)存尋址。(4)向CPU報告DMA操作的結(jié)束。2/5/202398.3.2DMA傳送方式1.停止CPU訪內(nèi)

2.周期挪用2/5/2023103.DMA與CPU交替訪內(nèi)

2/5/2023118.4通道方式8.4.1通道的概念1.通道的功能通道是一種具有特殊功能的處理器。①接受CPU的I/O指令，按照指令的要求與指定的外設(shè)進行通信。②從存儲器中選取屬于該通道程序的通道指令，經(jīng)譯碼后向I/O控制器模塊發(fā)送各種命令。③組織外設(shè)和存儲器之間進行數(shù)據(jù)傳送，并根據(jù)需要提供緩存空間，以及提供數(shù)據(jù)存入存儲器的地址和傳送的數(shù)據(jù)量。④從外設(shè)得到設(shè)備的狀態(tài)信息，形成并保存通道本身2/5/202312的狀態(tài)信息，根據(jù)要求將這些狀態(tài)信息送到存儲器的指定單元，供CPU使用。⑤將外設(shè)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

簡單地說，CPU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：數(shù)據(jù)傳送結(jié)束中斷和故障中斷。3.通道對設(shè)備控制器的管理①從通道接受通道指令，控制外設(shè)完成所要求的操作。2/5/202313②向通道反映外設(shè)的狀態(tài)。③將各種外設(shè)的不同信號，轉(zhuǎn)換成通道能夠識別的標(biāo)準(zhǔn)信號。8.4.2通道的類型1.選擇通道用于對高速設(shè)備進行控制；在一段時間內(nèi)，選擇通道只執(zhí)行一個設(shè)備的信道程序，采用“成組”方式傳送信息，傳輸速率高。但是，信道利用率不高。2.多路通道多路通道在同一時間內(nèi)能夠處理多個I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。2/5/202314①數(shù)組多路通道。②字節(jié)多路通道。2/5/202315第八章練習(xí)題一.選擇1.按不同的數(shù)據(jù)傳送格式，可將外圍接口劃分為兩類，即()。A.中斷接口與DMA接口B.直接傳送接口與查詢接口C.同步接口與異步接口D.并行接口與串行接口2.在DMA方式中，“批量傳送結(jié)束”的監(jiān)測由下列選項中的()負責(zé)。A.CPUB.DMA接口或DMA控制器C.總線控制器D.主存緩沖區(qū)3.CPU響應(yīng)DMA請求一般是在()。A.一段程序結(jié)束時B.一條指令結(jié)束時C.一個總線周期結(jié)束時D.一個時鐘周期結(jié)束時4.在讀磁盤過程中，磁盤適配器向主機發(fā)出DMA請求是在()。A.啟動磁盤時B.尋道完成時C.扇區(qū)緩沖器滿時D.扇區(qū)緩沖器空時5.在DMA傳送期間，總線控制權(quán)通常由()。A.CPU掌握B.DMA控制器掌握C.主存掌握D.外部設(shè)備掌握6.下列選項中，()不是發(fā)生中斷請求的條件。A.一條指令執(zhí)行結(jié)束B.一次I/O操作結(jié)束C.機器內(nèi)部發(fā)生故障D.一次DMA操作結(jié)束2/5/2023167.下列說法正確的是()。A.程序中斷過程是由硬件和中斷服務(wù)程序共同完成的B.每條指令的執(zhí)行過程中，每個總線周期要檢查一次有無中斷請求C.檢測有無DMA請求，一般安排在一條指令執(zhí)行過程的末尾D.中斷服務(wù)程序的最后指令是無條件轉(zhuǎn)移指令8.中斷向量地址是()。A.子程序入口地址B.中斷服務(wù)程序入口地址C.中斷服務(wù)程序入口地址的地址D.子程序入口地址的地址9.設(shè)置中斷排隊判優(yōu)邏輯的目的是()。A.產(chǎn)生中斷源編碼B.使同時提出的請求中的優(yōu)先級別最高者得到及時響應(yīng)C.使CPU能方便地轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)子程序D.提高中斷響應(yīng)速度10.DMA訪問主存時，讓CPU處于等待狀態(tài)，等DMA的一批數(shù)據(jù)訪問結(jié)束后，CPU再恢復(fù)工作，這種情況稱為()。A.停止CPU訪問主存B.周期挪用C.DMA與CPU交替訪問D.DMA11.DMA訪問主存時，向CPU發(fā)出請求，獲得總線使用權(quán)時再進行訪存，這種情況稱為()。2/5/202317A.停止CPU訪問主存B.周期挪用C.DMA與CPU交替訪問D.DMA12.關(guān)于DMA方式，下面說法正確的是()。A.能用于高速外圍設(shè)備的信息傳送，也能代替中斷方式B.能向CPU請求中斷處理數(shù)據(jù)傳送C.能取代中斷方式D.不能代替中斷方式13.DMA方式的接口電路中有程序中斷部件，其作用是()。A.實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送B.向CPU提出總線使用權(quán)C.向CPU提出傳輸結(jié)束D.發(fā)中