七章輸入輸出系統(tǒng)講稿

I/O系統(tǒng)概I/O系統(tǒng)由I/O硬件和I/O軟件2大部分組成1、I/O系統(tǒng)的*I/O系統(tǒng)的發(fā)展過程：主主總總I/OI/OI/OI/O…I/O理部…I/OI/OI/OI/O通過CPU(非標(biāo)I/O系統(tǒng)概I/O系統(tǒng)由I/O硬件和I/O軟件2大部分組成1、I/O系統(tǒng)的*I/O系統(tǒng)的發(fā)展過程：主主總總I/OI/OI/OI/O…I/O理部…I/OI/OI/OI/O通過CPU(非標(biāo)*I/O由I/O設(shè)備、I/O接口及/或I/O管理2回下I/O主一、I/O系統(tǒng)的基2、I/O系統(tǒng)的*I/O①輸入設(shè)備→主機、主機→輸2、I/O系統(tǒng)的*I/O①輸入設(shè)備→主機、主機→輸②主機與I/O系統(tǒng)CPU發(fā)出的與I/O設(shè)備(接口)交換信息的機器指令I(lǐng)/O指令一般操作碼—表示輸入(I/O設(shè)備→CPU)、輸出的指令操作碼設(shè)備碼—對某I/O設(shè)備及某種操作的選擇碼(地址碼；命令碼—CPU對某I/O設(shè)備的具體操作信息。通道指令通道發(fā)出的主存與I/O設(shè)備交換信息的專用指令└→I/O管理部件△I/O系統(tǒng)由I/O設(shè)備、接口、管理部件及I/O3回下轉(zhuǎn)上操作設(shè)備命令1、I/O設(shè)備的指機器指令中I/O設(shè)備碼(I/O地址)、主存地址1、I/O設(shè)備的指機器指令中I/O設(shè)備碼(I/O地址)、主存地址的表示方法(1)統(tǒng)一編址方*編址方法：將主存地址與I/O地址統(tǒng)一編碼*訪問方機器指令—借用MEM讀、MEM寫機器指令實現(xiàn)訪問，設(shè)備選擇—用機器指令中設(shè)備碼選擇目標(biāo)設(shè)備，控制信號—借用MEMR#、MEMW地址MEMR#、…地址MEMR#、…MEM讀/寫指令的地*特點：4回下轉(zhuǎn)上主I/O二、I/O設(shè)備與主機的聯(lián)(2*編址方式：將主存地址與I/O地址分別從零開始編碼*訪問方機器指令—用單獨的(2*編址方式：將主存地址與I/O地址分別從零開始編碼*訪問方機器指令—用單獨的I/O讀、I/O寫控制信號—用單獨的IOR#、IOW#信號└→MEMR#、MEMW地址MEMR#、……地址IOR#、00IO讀/寫指令地址*機器指令數(shù)多2易單獨擴展MEM和I/O5轉(zhuǎn)上回下I/O主2、I/O設(shè)備的指對當(dāng)前I/O指令(或總線操作)，I/O設(shè)備判斷自己是否為目標(biāo)設(shè)備的方法。*各I/O設(shè)備的機器啟動時，給每個2、I/O設(shè)備的指對當(dāng)前I/O指令(或總線操作)，I/O設(shè)備判斷自己是否為目標(biāo)設(shè)備的方法。*各I/O設(shè)備的機器啟動時，給每個I/O設(shè)備分配一個不同的CP通過*I/OI/O設(shè)備(接口)中的設(shè)備選擇電路在有I/O操作時，比較自身設(shè)備號與總線上地址，判斷自己是否為目標(biāo)設(shè)備。IOR#6轉(zhuǎn)上主比較設(shè)備數(shù)據(jù)地址3、I/O設(shè)備與指I/O設(shè)備與主機間的傳送定時方式Ready、Ack/Strobe聯(lián)絡(luò)信號(實現(xiàn)時可3、I/O設(shè)備與指I/O設(shè)備與主機間的傳送定時方式Ready、Ack/Strobe聯(lián)絡(luò)信號(實現(xiàn)時可用特殊方法省略信號*同步聯(lián)絡(luò)方式：I/O設(shè)備與主機間采用同步工作方式CLK聯(lián)絡(luò)信號(實現(xiàn)時可用特殊方法省略信*立即響應(yīng)方式：I/O設(shè)備隨時響應(yīng)主總………I/OI/OI/O4、I/O設(shè)備與*輻射方式：主機只能連接固定數(shù)量的I/O設(shè)備*總線方式：用總線連接所有I/O設(shè)備(如Bus插槽+接口7I/OI/OI/O指主機對所有I/O操作的管理方式，又稱I/O組織方式*I/O①信息傳送速度不同—②信息傳送數(shù)據(jù)量不同—*I/O①盡量減少傳送占用的CPU時間如—I/O接口方式、主存-I/O設(shè)備間直接傳送方式②盡量提高傳送速度，如--可采用批量方式傳送主鍵盤打印視頻顯…鍵打印攝像顯示8回下指主機對所有I/O操作的管理方式，又稱I/O組織方式*I/O①信息傳送速度不同—②信息傳送數(shù)據(jù)量不同—*I/O①盡量減少傳送占用的CPU時間如—I/O接口方式、主存-I/O設(shè)備間直接傳送方式②盡量提高傳送速度，如--可采用批量方式傳送主鍵盤打印視頻顯…鍵打印攝像顯示8回下三、I/O設(shè)備與主機的傳送控制方*I/O某幼兒園老師要10個孩子*I/O某幼兒園老師要10個孩子輪流吃完4顆糖，有哪些處理方法①先給某個孩子一顆糖，看著他，定時給下一顆(要求他已②先給某個孩子一顆糖，看著他，等到他吃完時給下一顆③先給某個孩子一顆糖，改作業(yè)，收到他吃完的報告時給下一顆④先告訴某個孩子自己拿一顆糖、吃完后再拿1顆，改作業(yè)，收到他全部吃完的報告時，再告訴另一個孩子?；訴其處理方法，?或班長全權(quán)負責(zé)(可指定專人負責(zé)、并處理管理*I/O無條件傳送程序直接控程序查詢方式(條件傳程序程序直接存儲器訪問(DMA)通道及I/O處理機(IOP)9轉(zhuǎn)上回下1、程序可實現(xiàn)CPU-I/O設(shè)備間單個數(shù)據(jù)*無條件CPU執(zhí)行I/O指令(數(shù)據(jù)傳送)后，I/O傳送I/OI/O時間*程序查詢方式：CPU執(zhí)行I/O指令(數(shù)據(jù)傳送)后，一直執(zhí)I/O指令(查詢I/O……1、程序可實現(xiàn)CPU-I/O設(shè)備間單個數(shù)據(jù)*無條件CPU執(zhí)行I/O指令(數(shù)據(jù)傳送)后，I/O傳送I/OI/O時間*程序查詢方式：CPU執(zhí)行I/O指令(數(shù)據(jù)傳送)后，一直執(zhí)I/O指令(查詢I/O……返回設(shè)備狀態(tài)接收操作信返回設(shè)備狀態(tài)接收操作信I/O設(shè)就設(shè)就中轉(zhuǎn)操作信息，接收設(shè)備狀I(lǐng)/O10時間轉(zhuǎn)上回下設(shè)備啟設(shè)備啟實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收操讀指令(狀態(tài)寫指令(數(shù)據(jù)寫指令(數(shù)據(jù)讀指令(狀態(tài)I/OI/O實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收操實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收操中轉(zhuǎn)操作信中轉(zhuǎn)操作信執(zhí)行寫指令(數(shù)據(jù)執(zhí)行寫指令(數(shù)據(jù) 主I/O…I/O*程序中CPU執(zhí)行I/O指令(數(shù)據(jù)傳送)后，可處理其他事務(wù)外設(shè)完成操作后，I/O接口通過管理部件(中斷控制器)通知CPU的中斷機構(gòu)，CPU再進行下次數(shù)據(jù)傳送。主程中斷程主程…I/OI/O中斷控制*程序中CPU執(zhí)行I/O指令(數(shù)據(jù)傳送)后，可處理其他事務(wù)外設(shè)完成操作后，I/O接口通過管理部件(中斷控制器)通知CPU的中斷機構(gòu)，CPU再進行下次數(shù)據(jù)傳送。主程中斷程主程…I/OI/O中斷控制t轉(zhuǎn)上回下接收各I/O接口的中斷請求，立即向CPU提出中斷請設(shè)備啟實現(xiàn)接收操設(shè)備啟實現(xiàn)接收操接收操作信設(shè)就接收操作信設(shè)就繼續(xù)處理事務(wù)寫指令寫指令其他程序(處理事務(wù)2、直接存儲器存取(DMA可實現(xiàn)MEM-I/O設(shè)備間簡單的成組數(shù)據(jù)*DMA方式：CPU執(zhí)行I/O指令串(通知管理部件[DMA控制器]傳送要求及啟動I/O設(shè)備)后，可處理其他事務(wù)；DMA控制器完成要求后，設(shè)法通知CPU可再2、直接存儲器存取(DMA可實現(xiàn)MEM-I/O設(shè)備間簡單的成組數(shù)據(jù)*DMA方式：CPU執(zhí)行I/O指令串(通知管理部件[DMA控制器]傳送要求及啟動I/O設(shè)備)后，可處理其他事務(wù)；DMA控制器完成要求后，設(shè)法通知CPU可再I/O接口外設(shè)DMA控制中斷控制t轉(zhuǎn)上回下(傳送要求(啟動設(shè)執(zhí)行其他程序(處理事務(wù)程要 啟動監(jiān) 中轉(zhuǎn)操作信息啟動監(jiān) 中轉(zhuǎn)操作信 設(shè)備就 接收設(shè)備狀態(tài)設(shè)備就 接收設(shè)備狀 接收要等待外設(shè)就控制操作等待外設(shè)就控制操作號接收各I/O接口的中斷請求，立即向CPU提出中斷請實現(xiàn)接收操實現(xiàn)接收操設(shè)備啟設(shè)備啟發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)3、通道及I/O處理機(IOP可實現(xiàn)MEM-I/O設(shè)備間高級的成組數(shù)據(jù)*通道方式：CPU編寫傳送要求、并通知管理部件(I/O后，可處理其他事務(wù)3、通道及I/O處理機(IOP可實現(xiàn)MEM-I/O設(shè)備間高級的成組數(shù)據(jù)*通道方式：CPU編寫傳送要求、并通知管理部件(I/O后，可處理其他事務(wù)，I/O通道管理MEM-設(shè)備間的傳送接收操接收數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)設(shè)就接收設(shè)備狀設(shè)就接收設(shè)備狀I(lǐng)/O接口I/O通道t*IOP方式：CPU通知IOP傳送要求(更簡單)后，務(wù)，IOP管理MEM-設(shè)備間的傳送后續(xù)內(nèi)容：I/O設(shè)備、I/O接口、I/O方式的組成與原理轉(zhuǎn)上通道啟執(zhí)行通道程啟動設(shè)備控制操作控制操作發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)接收通道程寫指令(編寫要求寫指(啟動通道執(zhí)行程序I/O*I/O*I/O設(shè)備種類人-機交互設(shè)備、信息存儲設(shè)備、機-機通信設(shè)備I/O*I/O*I/O設(shè)備種類人-機交互設(shè)備、信息存儲設(shè)備、機-機通信設(shè)備輸出設(shè)備：輸入輸出設(shè)備：I/O 一、輸入設(shè)1、鍵--字符輸入設(shè)通過檢測按鍵及編碼轉(zhuǎn)換*種類：有非編碼鍵盤和編碼鍵盤兩種類型*非編碼主機執(zhí)行鍵盤驅(qū)動程序軟件實現(xiàn)鍵盤掃描及編碼轉(zhuǎn)換YNYNNY異常輸入列線輸出行線行號i←0，行線輸入列線輸出行線一、輸入設(shè)1、鍵--字符輸入設(shè)通過檢測按鍵及編碼轉(zhuǎn)換*種類：有非編碼鍵盤和編碼鍵盤兩種類型*非編碼主機執(zhí)行鍵盤驅(qū)動程序軟件實現(xiàn)鍵盤掃描及編碼轉(zhuǎn)換YNYNNY異常輸入列線輸出行線行號i←0，行線輸入列線輸出行線*編碼鍵控制電路實現(xiàn)鍵盤掃描及編碼轉(zhuǎn)換、并送至鍵盤接口主機執(zhí)行I/O指令直接獲得鍵盤接口中的字符*編碼鍵控制電路實現(xiàn)鍵盤掃描及編碼轉(zhuǎn)換、并送至鍵盤接口主機執(zhí)行I/O指令直接獲得鍵盤接口中的字符編碼注：①當(dāng)鍵按下時，單穩(wěn)電路使計數(shù)器暫停、實現(xiàn)編②傳送編碼后，延遲電路使計數(shù)③鍵盤接口負責(zé)緩沖編碼、產(chǎn)生中斷請求(通知CPU取按鍵編發(fā)生 碼鍵盤陣 電單譯碼CS2、鼠--圖形輸入設(shè)通過檢測相對位移坐標(biāo)及按鍵*種類：有機械鼠標(biāo)和光電鼠標(biāo)*機械鼠1個滾球+2個帶柵孔滾軸+2個光柵傳感器+2個計數(shù)*光電2、鼠--圖形輸入設(shè)通過檢測相對位移坐標(biāo)及按鍵*種類：有機械鼠標(biāo)和光電鼠標(biāo)*機械鼠1個滾球+2個帶柵孔滾軸+2個光柵傳感器+2個計數(shù)*光電鼠1個網(wǎng)格板+2個光敏傳感器+2個計數(shù)器等Y計數(shù)X計數(shù)與主機間的光柵傳感 帶柵孔滾Y計數(shù)X計數(shù)與主機間的1、顯示--字符1、顯示--字符通過以可見光形式傳遞和處理信息*種類：陰極射線管(CRT)、液晶(LCD)、等離子(PDP)、場致發(fā)光(EL)、真空熒光(VFD)等顯示器。以下以液晶顯示器(LCD)為例討論*液晶材料特征：二、輸出設(shè)*液晶顯示原理：偏光板控制亮度，配向膜電壓控制灰度(a)(b)(c)*LCD組成原理：①控制行及列電極電壓②同時控制所有列電極行電像素列框電膠極單元玻璃主機與LCRLCD像素點矩陣單元卡…………偏光玻璃基色*液晶顯示原理：偏光板控制亮度，配向膜電壓控制灰度(a)(b)(c)*LCD組成原理：①控制行及列電極電壓②同時控制所有列電極行電像素列框電膠極單元玻璃主機與LCRLCD像素點矩陣單元卡…………偏光玻璃基色彩濾光公共基液晶配向玻璃基偏光燈管及擴散反射2、打印--字符通過紙介質(zhì)拷貝信息2、打印--字符通過紙介質(zhì)拷貝信息*種類：擊打式(機械式、針式)，非擊打式(激光*激光打激 透 掃描電 多面轉(zhuǎn)充電電清掃聚焦消電電 感光硒 顯影器(含炭粉盒搓紙收 定位 供 定影熱 導(dǎo)紙 驅(qū)動1、磁介*磁記錄原理：讀鐵鐵線ee磁載運動方(a)運動方(b)寫入運動方(c)運動方(d)讀出*磁記錄方式：即編碼方式，指連續(xù)數(shù)字信息的磁化狀態(tài)種類—有歸零制(RZ)、不歸零制(NRZ)、“見1歸零制(NRZ1)、調(diào)相制1、磁介*磁記錄原理：讀鐵鐵線ee磁載運動方(a)運動方(b)寫入運動方(c)運動方(d)讀出*磁記錄方式：即編碼方式，指連續(xù)數(shù)字信息的磁化狀態(tài)種類—有歸零制(RZ)、不歸零制(NRZ)、“見1歸零制(NRZ1)、調(diào)相制(PM)、調(diào)頻制(FM)、改進調(diào)頻制(MFM)6種；性能—在編碼效率、自同步能力*存儲器種類：三、存儲設(shè)*磁盤的類型屬性：固定磁頭/移動磁頭、單片/多片磁頭支磁磁頭移動方磁主(a)*磁盤上(b)以數(shù)據(jù)塊為記錄單位，有定長塊/變長塊2種記錄格式*定長塊空間=n個柱面=m個盤面*n每個磁道=p個扇區(qū)，每個扇區(qū)=q個*磁盤的類型屬性：固定磁頭/移動磁頭、單片/多片磁頭支磁磁頭移動方磁主(a)*磁盤上(b)以數(shù)據(jù)塊為記錄單位，有定長塊/變長塊2種記錄格式*定長塊空間=n個柱面=m個盤面*n每個磁道=p個扇區(qū)，每個扇區(qū)=q個字節(jié)0道00道11道2磁盤扇區(qū)格式頭ID間數(shù)據(jù)尾字標(biāo)地字標(biāo)數(shù)臺磁道盤面扇區(qū)*磁盤存*磁盤操作步驟：有尋址(尋道+尋扇區(qū))、讀寫2*磁盤存存儲密度—面密*磁盤存*磁盤操作步驟：有尋址(尋道+尋扇區(qū))、讀寫2*磁盤存存儲密度—面密度=道密度*位密平均存取時間—T=平均定位時間+平均等待└→扇區(qū)└→磁道數(shù)據(jù)傳輸率—D=磁道容量*磁盤轉(zhuǎn)速回下/寫 盤面驅(qū)扇讀 放磁道磁盤驅(qū)動磁頭定位伺服系磁頭選讀磁盤適配器數(shù) 數(shù)緩 編譯磁盤控制時鐘發(fā)生轉(zhuǎn)控磁盤盤例—磁盤組有6個盤片(最外兩側(cè)盤面不使用)，每盤面有個磁道、每磁道有12個扇區(qū)、每扇區(qū)可記錄512B數(shù)據(jù)，磁盤機轉(zhuǎn)速為7200rpm例—磁盤組有6個盤片(最外兩側(cè)盤面不使用)，每盤面有個磁道、每磁道有12個扇區(qū)、每扇區(qū)可記錄512B數(shù)據(jù)，磁盤機轉(zhuǎn)速為7200rpm，平均定位時間為8ms。③計算數(shù)據(jù)傳輸率；④畫解—①存儲空間=(6×2-②平均等待時間=[1/(7200÷60)]×0.5≈4.165ms，平均尋址時間=平均定位時間+平均等待時間=③數(shù)據(jù)傳輸率④834轉(zhuǎn)上磁道盤面扇區(qū)2、磁盤陣列*RAID陣列控制器控制多個磁盤(驅(qū)動器)并行工作物理盤物理盤物理盤物理盤邏輯條帶條帶條帶條帶條帶條帶條帶條帶條帶注：條帶可以為數(shù)據(jù)塊、扇區(qū)、*RAID采用冗余手段，常見的有RAID0~RAID7共8種級別AAABCDBCDBCDEFGHEFGH2、磁盤陣列*RAID陣列控制器控制多個磁盤(驅(qū)動器)并行工作物理盤物理盤物理盤物理盤邏輯條帶條帶條帶條帶條帶條帶條帶條帶條帶注：條帶可以為數(shù)據(jù)塊、扇區(qū)、*RAID采用冗余手段，常見的有RAID0~RAID7共8種級別AAABCDBCDBCDEFGHEFGHEFGHRAID1—RAID0—數(shù)據(jù)分塊盤(無冗余回下條帶位或位或RAID2—位交叉海RAID3—位交叉奇各各各各RAID4—塊交叉專用奇偶校驗RAID5—塊交叉分布式奇偶工各各高各各各各各RAID6—雙維奇偶RAID7—采用Cache+異步技術(shù)的2AID6轉(zhuǎn)上控制控制控制控制位或位或RAID2—位交叉海RAID3—位交叉奇各各各各RAID4—塊交叉專用奇偶校驗RAID5—塊交叉分布式奇偶工各各高各各各各各RAID6—雙維奇偶RAID7—采用Cache+異步技術(shù)的2AID6轉(zhuǎn)上控制控制控制控制3、光介*光記錄原理：信息以介質(zhì)的某種物態(tài)強弱強弱強弱狀態(tài)—坑點寫入3、光介*光記錄原理：信息以介質(zhì)的某種物態(tài)強弱強弱強弱狀態(tài)—坑點寫入—不可*光盤種狀態(tài)—晶態(tài)寫入—激光狀態(tài)—磁化寫入—激光只讀型—一次型—重寫型—有相變盤、磁光盤2保護反射盤保護反射盤保護反射盤I/O1、I/O接口概*I/O接口的定義：是主機與I/O設(shè)備間的連接電路，負責(zé)“中轉(zhuǎn)”各種操作信息(有對I/O設(shè)備操作的命令、數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)3種類型)*I/O接口的特性：①一側(cè)連接總線、一側(cè)連接I/I/O1、I/O接口概*I/O接口的定義：是主機與I/O設(shè)備間的連接電路，負責(zé)“中轉(zhuǎn)”各種操作信息(有對I/O設(shè)備操作的命令、數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)3種類型)*I/O接口的特性：①一側(cè)連接總線、一側(cè)連接I/O設(shè)備；②“各種信息”均通過DB進行中轉(zhuǎn)I/O…/狀態(tài)(DB設(shè)備*I/O實現(xiàn)對I/O設(shè)備的操作標(biāo)準(zhǔn)化(軟件和硬件方回下I/OI/OI/OO操作設(shè)備命令主一、I/O接口的功2、I/O接口的*信息緩沖功能：緩沖來自主設(shè)備及外設(shè)的各種信息；數(shù)據(jù)口—2、I/O接口的*信息緩沖功能：緩沖來自主設(shè)備及外設(shè)的各種信息；數(shù)據(jù)口—存放來自主設(shè)備或外設(shè)的傳送數(shù)據(jù)的REG命令口—存放來自主設(shè)備的操作命令的REG狀態(tài)口—存放來自外設(shè)的工作狀態(tài)的*操作中根據(jù)總線側(cè)信號，實現(xiàn)信息緩沖或數(shù)據(jù)/狀態(tài)傳送功能，根據(jù)緩沖信息控制外設(shè)側(cè)信號，實現(xiàn)操作傳遞功能；*信號轉(zhuǎn)換功能：將數(shù)據(jù)口、命令口、狀態(tài)口信息轉(zhuǎn)換成合外設(shè)要求的轉(zhuǎn)上回下1、I/O接口的*組成：主要由設(shè)備選擇電路、內(nèi)部REG、內(nèi)部控制邏輯電路、信號轉(zhuǎn)換邏輯電路等組成。數(shù)總信號外數(shù)據(jù)輸出鎖轉(zhuǎn)設(shè)換控總內(nèi)部邏輯信號狀態(tài)設(shè)備地址鎖擇電地總注①內(nèi)部REG—實現(xiàn)信息緩沖②內(nèi)部控制邏輯—實現(xiàn)操作中轉(zhuǎn)、信息緩沖及信號轉(zhuǎn)換的控③信號轉(zhuǎn)換邏輯—只有設(shè)備側(cè)有(將就一頭)，實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換功能④設(shè)備選擇電路及端口地址譯1、I/O接口的*組成：主要由設(shè)備選擇電路、內(nèi)部REG、內(nèi)部控制邏輯電路、信號轉(zhuǎn)換邏輯電路等組成。數(shù)總信號外數(shù)據(jù)輸出鎖轉(zhuǎn)設(shè)換控總內(nèi)部邏輯信號狀態(tài)設(shè)備地址鎖擇電地總注①內(nèi)部REG—實現(xiàn)信息緩沖②內(nèi)部控制邏輯—實現(xiàn)操作中轉(zhuǎn)、信息緩沖及信號轉(zhuǎn)換的控③信號轉(zhuǎn)換邏輯—只有設(shè)備側(cè)有(將就一頭)，實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)換功能④設(shè)備選擇電路及端口地址譯碼器—實現(xiàn)設(shè)備及內(nèi)部REG選擇功能轉(zhuǎn)上端口地址譯數(shù)據(jù)輸入緩控制二、I/O接口的組*與總線通信過程：--緩沖總①按總線協(xié)議，不停地偵測總線狀態(tài)③數(shù)據(jù)期時，(所選REG)→總線、或(總線)→所選REG數(shù)總信⑦號⑥外數(shù)據(jù)輸出鎖轉(zhuǎn)①設(shè)邏輯換控總信號②④狀態(tài)設(shè)備③⑤地址鎖擇電地總*與總線通信過程：--緩沖總①按總線協(xié)議，不停地偵測總線狀態(tài)③數(shù)據(jù)期時，(所選REG)→總線、或(總線)→所選REG數(shù)總信⑦號⑥外數(shù)據(jù)輸出鎖轉(zhuǎn)①設(shè)邏輯換控總信號②④狀態(tài)設(shè)備③⑤地址鎖擇電地總端口地址譯△通信兩端是總線-內(nèi)部REG，讀/寫受總線命令控回下數(shù)據(jù)輸入緩控制*與外設(shè)通信過程：--中轉(zhuǎn)總?按狀態(tài)口信息，決定對外設(shè)的操作啟動時間?按命令口信息，決定對外設(shè)的操作類型?按外設(shè)傳輸協(xié)議，不停地偵測設(shè)備狀態(tài)?就緒時，將(數(shù)據(jù)口)→外設(shè)、或(外設(shè))→數(shù)據(jù)口，并同時改變狀態(tài)口相應(yīng)信息。②數(shù)總信號外數(shù)據(jù)輸出鎖轉(zhuǎn)設(shè)內(nèi)部邏輯換④⑤控總信號③①⑥狀態(tài)設(shè)備地址鎖擇電地總端口地址譯△通信兩端是內(nèi)部REG-外設(shè)，操作轉(zhuǎn)上數(shù)據(jù)輸入*與外設(shè)通信過程：--中轉(zhuǎn)總?按狀態(tài)口信息，決定對外設(shè)的操作啟動時間?按命令口信息，決定對外設(shè)的操作類型?按外設(shè)傳輸協(xié)議，不停地偵測設(shè)備狀態(tài)?就緒時，將(數(shù)據(jù)口)→外設(shè)、或(外設(shè))→數(shù)據(jù)口，并同時改變狀態(tài)口相應(yīng)信息。②數(shù)總信號外數(shù)據(jù)輸出鎖轉(zhuǎn)設(shè)內(nèi)部邏輯換④⑤控總信號③①⑥狀態(tài)設(shè)備地址鎖擇電地總端口地址譯△通信兩端是內(nèi)部REG-外設(shè)，操作轉(zhuǎn)上數(shù)據(jù)輸入緩控制2、I/O接口的指通過指令系統(tǒng)的I/O指令實現(xiàn)對接2、I/O接口的指通過指令系統(tǒng)的I/O指令實現(xiàn)對接口(設(shè)備)操作與控制(1)I/O端口及操作指*I/O端口：數(shù)據(jù)總線可見的、接口內(nèi)部REG統(tǒng)稱為I/O*I/O端口種類：*對I/O端口的指令系統(tǒng)的I/O讀指令—CPU中寄存器←(接口中I/O端口)指令系統(tǒng)的I/O寫指令—接口中I/O端口←(CPU中寄存器)(對設(shè)備)I/O指令格(對接口)I/O指令格例8086匯編語言的I/O指令格式AL，DX和其中—DX存放I/O端口地址、AL存放操操作I/OCPU中REG操作設(shè)備命令(2)I/O例：假設(shè)外設(shè)對應(yīng)I/O接口I/O接口(2)I/O例：假設(shè)外設(shè)對應(yīng)I/O接口I/O接口地址約定—輸入及輸出數(shù)據(jù)口地址均為70H命令口及狀態(tài)口地址均為狀態(tài)口信息格式約定—bit0用程序查詢I/O方式實現(xiàn)對外設(shè)數(shù)據(jù)的讀操作。Data=03H,Stat=N}while=Stat&0x01;Stat==0);設(shè)備Y向接口(外設(shè))寫I/O設(shè)備I/O設(shè)備讀接口(外設(shè) 主 主I/O接口 I/O接口3、I/O接3、I/O接口的*按數(shù)據(jù)傳送方式注：總線-接口間的數(shù)據(jù)傳輸均為并行方式*按功能選擇方式可編程接口—軟件可直接控制接口的功能與工作方式；不可編程接口—只能通過改變硬件連線實現(xiàn)不同功能。*按傳送控制方式有程序控制方式接口、程序中斷方式接口、直接存儲器存取(DMA)方式接口。(稍后討論)1、I/O端口的指所有I/O接口的各I/O端口的地址安排或約定，以完成軟*I/O接口的端口地址約定(常用1、I/O端口的指所有I/O接口的各I/O端口的地址安排或約定，以完成軟*I/O接口的端口地址約定(常用①同一I/O接口的各I/O端口地址是連續(xù)②不同I/O接口的I/O端口地址不重疊*I/OI/O地址位數(shù)(范圍)—應(yīng)用需求位數(shù)≤x應(yīng)用需求位數(shù)—遠小于└→多余位數(shù)可表示I/O接口所在的總線*I/O端口的編址方法：①人工約定；②OS自動分配回下……………三、I/O接口的選2、I/O接口的*人工約定方式的選址實現(xiàn)：是否命中判斷—用比較邏輯I/O接???口?*自動分約定地址保存—用配置REG保存自動分配總線標(biāo)準(zhǔn)增加配置命令是否命中判斷—用比較邏輯判斷(配置2、I/O接口的*人工約定方式的選址實現(xiàn)：是否命中判斷—用比較邏輯I/O接???口?*自動分約定地址保存—用配置REG保存自動分配總線標(biāo)準(zhǔn)增加配置命令是否命中判斷—用比較邏輯判斷(配置REG)與總線地址轉(zhuǎn)上???程序直接控制I/O無條件傳送程序直接控程序查詢方式(條件傳程序程程序直接控制I/O無條件傳送程序直接控程序查詢方式(條件傳程序程序1、傳送CPU可隨時通過I/O接口與I/O設(shè)備通信，不需查詢外設(shè)工作狀態(tài)(假設(shè)外設(shè)已準(zhǔn)備就緒或已完成)。*應(yīng)用范圍：2、對I/O接口與常規(guī)I/O*I/O接口的設(shè)備側(cè)信號線：*I/O接口的工作過程：直接傳送回40主I/OI/O輸出輸入一、無條件傳送方3、接口程序隨時使用I/O指令實現(xiàn)CPU與I/O接口(外設(shè))的通信。例—接口60)與8位總線相連(如圖)，數(shù)據(jù)口對應(yīng)8位并行輸出引腳，用C3、接口程序隨時使用I/O指令實現(xiàn)CPU與I/O接口(外設(shè))的通信。例—接口60)與8位總線相連(如圖)，數(shù)據(jù)口對應(yīng)8位并行輸出引腳，用Cwhile(!kbhit()BYTE{主{(inti=0;i<8;…I/O}}思考：假設(shè)有一個8×8鍵盤通過并行I/O接口(輸出和輸入數(shù)據(jù)口60H和61H)與總線相連，數(shù)據(jù)口(8位)的每位與8位輸出/輸入引腳對應(yīng)，畫I/O接口與鍵盤連接圖，并用C語言編寫鍵盤掃描程序二、程序查詢方式(有條件傳送1、傳送└→有效數(shù)據(jù)交※對外設(shè)所有操作均通過I/O接口中轉(zhuǎn)N設(shè)備Y*傳送過程中，CPU與I/O接口假設(shè)設(shè)備空設(shè)備就緒程狀態(tài)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)?數(shù)據(jù)狀態(tài)數(shù)據(jù)時程序查詢二、程序查詢方式(有條件傳送1、傳送└→有效數(shù)據(jù)交※對外設(shè)所有操作均通過I/O接口中轉(zhuǎn)N設(shè)備Y*傳送過程中，CPU與I/O接口假設(shè)設(shè)備空設(shè)備就緒程狀態(tài)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)?數(shù)據(jù)狀態(tài)數(shù)據(jù)時程序查詢傳送過程序查詢傳送過回下回42轉(zhuǎn)38回43狀態(tài)狀態(tài)指(數(shù)據(jù)指??(數(shù)據(jù)與接口(外設(shè))交換讀接口(外設(shè)2、對I/O接口與常規(guī)I/O※CPU*I/O接口的設(shè)備側(cè)信號線：(用于啟動設(shè)備)、狀態(tài)線(表示設(shè)備工作是結(jié)束)及數(shù)據(jù)線主I/OI/O*I/O接口的工作過程：啟動設(shè)備(置狀態(tài))→等待就緒據(jù)傳送→傳空啟傳結(jié)空啟傳結(jié)101101狀態(tài)數(shù)據(jù)狀態(tài)數(shù)據(jù)aabab接口→設(shè)備傳送的接口→設(shè)備傳送的轉(zhuǎn)上輸出輸入2、對I/O接口與常規(guī)I/O※CPU*I/O接口的設(shè)備側(cè)信號線：(用于啟動設(shè)備)、狀態(tài)線(表示設(shè)備工作是結(jié)束)及數(shù)據(jù)線主I/OI/O*I/O接口的工作過程：啟動設(shè)備(置狀態(tài))→等待就緒據(jù)傳送→傳空啟傳結(jié)空啟傳結(jié)101101狀態(tài)數(shù)據(jù)狀態(tài)數(shù)據(jù)aabab接口→設(shè)備傳送的接口→設(shè)備傳送的轉(zhuǎn)上輸出輸入3、接口程序先查用I/O指令詢外設(shè)狀態(tài)(接口狀態(tài)口中)，空閑或就緒時再用I/O指令與外設(shè)通信。例1—打印機接口數(shù)據(jù)口及狀態(tài)口地址分別為70H和71H3、接口程序先查用I/O指令詢外設(shè)狀態(tài)(接口狀態(tài)口中)，空閑或就緒時再用I/O指令與外設(shè)通信。例1—打印機接口數(shù)據(jù)口及狀態(tài)口地址分別為70H和71H，用C語言編寫打印字符串(以“\0為結(jié)束符)的程序。狀態(tài)式約BUSY#=1—準(zhǔn)備0—打印機BYTEwhile(*pCur!=0&&{YN==Stat&}while(Stat==0pCur++;i++;//可插入處理其他事務(wù)的YN}轉(zhuǎn)40結(jié)寫*pCur到70HStat←讀71Hi←0，pCur←BUFF例2—CPU時例2—CPU時鐘頻率為50MHz、I/O指令需100I/O指令需50個時鐘周期，系統(tǒng)只有鼠標(biāo)及硬盤(每次同時傳輸4B數(shù)據(jù))兩個外設(shè)，要求每秒取30次鼠標(biāo)信息。采用程序查詢方式工作時，①取鼠標(biāo)信息花費CPU時間的最少百分比？②滿足對鼠標(biāo)操作要求的同時，硬盤的數(shù)據(jù)傳輸率？取鼠標(biāo)信息的最少CPU時間 -=(30×250TC)/(5×10TC)=15×10N=(5×106T)/(250T)=2×104次/s， 硬盤的最大數(shù)據(jù)傳輸率B=(2×104次/s-30次/s)×4B=68880B/s轉(zhuǎn)40程序中斷I/O1、中斷*中斷定義：CPU在執(zhí)行當(dāng)前程序過程中、出現(xiàn)突發(fā)事件急待處理時，CPU暫停執(zhí)行當(dāng)前程序、轉(zhuǎn)去執(zhí)行處理突發(fā)事件程序，處理完畢后再程序中斷I/O1、中斷*中斷定義：CPU在執(zhí)行當(dāng)前程序過程中、出現(xiàn)突發(fā)事件急待處理時，CPU暫停執(zhí)行當(dāng)前程序、轉(zhuǎn)去執(zhí)行處理突發(fā)事件程序，處理完畢后再回來繼續(xù)執(zhí)行被打斷的當(dāng)前程序，這種控制方式稱為“程程序程序時間當(dāng)前中斷回下程序B指令程序B指令程序A指令程序A指令程序A指令程序A指令一、中斷的基本概*中斷的應(yīng)用：CPU與外CPU與外I/OI/O中斷當(dāng)前t注：㈠當(dāng)前程序指令順序為--指令串①、I/O指令、㈡中斷過程由中斷請求、中斷響應(yīng)、中斷服務(wù)、中斷返回組成；(I/O接口或*中斷的應(yīng)用：CPU與外CPU與外I/OI/O中斷當(dāng)前t注：㈠當(dāng)前程序指令順序為--指令串①、I/O指令、㈡中斷過程由中斷請求、中斷響應(yīng)、中斷服務(wù)、中斷返回組成；(I/O接口或外設(shè))產(chǎn)生中斷請(CPU)響應(yīng)中中斷返㈢中斷方式工作的I/O接口應(yīng)能在操作完成時主動產(chǎn)生中斷請求轉(zhuǎn)上中斷服??準(zhǔn)實現(xiàn)傳送操啟動設(shè)控制操作過接收操I/O指令串并行工準(zhǔn)實現(xiàn)傳送操啟動設(shè)控制操作過接收操指令串I/O指令串并行工*中斷的·中斷請求—表示有急待處理的突發(fā)事件的信號·中斷源—能夠產(chǎn)生中斷請求的部件·中斷服務(wù)程序—中斷請求(突發(fā)事件)對應(yīng)的處理程序·中斷響應(yīng)—從當(dāng)前程序轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序的過程·中斷服務(wù)—執(zhí)行中斷請求對應(yīng)中斷服務(wù)程序的過程·中斷返回—從中斷服務(wù)程序返回當(dāng)前程序的過程·中斷處理—中斷服務(wù)及中斷返回主中斷當(dāng)前程時間*中斷的·中斷請求—表示有急待處理的突發(fā)事件的信號·中斷源—能夠產(chǎn)生中斷請求的部件·中斷服務(wù)程序—中斷請求(突發(fā)事件)對應(yīng)的處理程序·中斷響應(yīng)—從當(dāng)前程序轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序的過程·中斷服務(wù)—執(zhí)行中斷請求對應(yīng)中斷服務(wù)程序的過程·中斷返回—從中斷服務(wù)程序返回當(dāng)前程序的過程·中斷處理—中斷服務(wù)及中斷返回主中斷當(dāng)前程時間中斷當(dāng)前k?地務(wù)程ik?指令指令??2、2、中斷(1*按請求的來源分：內(nèi)中斷—來自CPU內(nèi)部的中斷，常稱為軟件中斷外中斷—來自CPU外部的中斷，又稱硬件中斷或I/O*按請求的處理等級分：內(nèi)中斷—均為不可屏蔽中斷(需立即處可屏蔽中斷--鍵盤、鼠標(biāo)、串行/并行接口、磁盤等47回下*按請求的性質(zhì)分類：中斷—與當(dāng)前指令執(zhí)行無關(guān)的突發(fā)事件異?！僧?dāng)前指令執(zhí)行引發(fā)的突發(fā)*按請求的性質(zhì)分類：中斷—與當(dāng)前指令執(zhí)行無關(guān)的突發(fā)事件異?！僧?dāng)前指令執(zhí)行引發(fā)的突發(fā)事件轉(zhuǎn)上回53回55回56舉產(chǎn)生處理處理任何指令下條立中BIOS功能調(diào)用、溢指令完成下條故存儲管理頁當(dāng)前陷單步執(zhí)行、到達斷指令完成下條中任何注：①指令間處理—指當(dāng)前指令完成后、下條指令執(zhí)行前處理；②中斷返回點—總是開始執(zhí)行一條新指令(CPU工作流程約③下條指令--當(dāng)前指令的后繼指令 (2(2即：①各中斷源共用一個公用的中斷服務(wù)程序②中斷服務(wù)程序中按序查詢各中斷源的請求標(biāo)志③某中斷源有請求時進入公用中斷服…NN有請求Y有請求YY中斷回下……Z的中斷處理BA的中斷處理恢復(fù)讀中斷源ZB讀中斷源A保存I/O檢測I/O*向量中斷：中斷源識別及中斷服務(wù)程序入口獲得通過方式即：①各中斷源有各自的中斷服務(wù)程序，各中斷服務(wù)程序入口(主存地址)存放在惟一的中斷向量表(IVT)中；②*向量中斷：中斷源識別及中斷服務(wù)程序入口獲得通過方式即：①各中斷源有各自的中斷服務(wù)程序，各中斷服務(wù)程序入口(主存地址)存放在惟一的中斷向量表(IVT)中；②CPU的中斷機構(gòu)用硬件檢測并選擇最緊急請求③用所選中斷源編號查IVT表△向量/非向①現(xiàn)代系統(tǒng)多選擇向量中斷方式②某中斷源有多種請求時，常采用非向量中斷方式轉(zhuǎn)上回54……I/OI/O 中斷編優(yōu)斷邏請輯判 存……(3*單重中斷：中斷處理過程中不再響應(yīng)新的I/O中斷*多重中斷：中斷處理過程中可以響應(yīng)新的I/(3*單重中斷：中斷處理過程中不再響應(yīng)新的I/O中斷*多重中斷：中斷處理過程中可以響應(yīng)新的I/O中斷請求，又稱中斷嵌套。請求A請求有請求A有請求B(B比A重要中斷程序中斷程序中斷程序程序序A(tt(b)(a)△單重/多重①現(xiàn)代系統(tǒng)多選擇同時支持單重/多重中斷方式默認采用單重中斷方式②中斷服務(wù)程序可改為多重中斷方式├→CPU標(biāo)志REG中設(shè)有“中斷允許└→指令系統(tǒng)中設(shè)有開中斷及關(guān)中斷回56二、I/O中斷的過中斷過程==中斷響+Ⅰ中斷請求Ⅲ各斷所選請求的指令時間響中服中斷過返…CPU工作二、I/O中斷的過中斷過程==中斷響+Ⅰ中斷請求Ⅲ各斷所選請求的指令時間響中服中斷過返…CPU工作周周周周N有DMA請求N有中斷請求YY啟回下回58回59周周周周檢測指令1、I/O中斷請*檢測時機：CPU在當(dāng)前指令結(jié)束時檢測可屏蔽I/O中斷注—CPU隨時檢測不可屏蔽I/O中斷及CPU內(nèi)部中斷*I/O中斷請求的連接：可屏蔽/不可屏蔽I/O…可屏蔽請…不可屏蔽請……可屏蔽請不可屏蔽請(a)☆1、I/O中斷請*檢測時機：CPU在當(dāng)前指令結(jié)束時檢測可屏蔽I/O中斷注—CPU隨時檢測不可屏蔽I/O中斷及CPU內(nèi)部中斷*I/O中斷請求的連接：可屏蔽/不可屏蔽I/O…可屏蔽請…不可屏蔽請……可屏蔽請不可屏蔽請(a)☆(b)分類共用請求*處理：取指取指間址中斷有I/O中斷請求無I/O中斷請時轉(zhuǎn)上轉(zhuǎn)48頁(不同請求的檢測時2、中斷--僅討包含識別中斷源、保存現(xiàn)場、務(wù)程序入口地址、轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序4中斷服務(wù)程序當(dāng)前程時間中斷服務(wù)程序當(dāng)前k?指地ik(1--常稱為中斷(請求*2、中斷--僅討包含識別中斷源、保存現(xiàn)場、務(wù)程序入口地址、轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序4中斷服務(wù)程序當(dāng)前程時間中斷服務(wù)程序當(dāng)前k?指地ik(1--常稱為中斷(請求*任務(wù)：①從所有中斷請求中選擇一個最緊急的請求②獲得該中斷源請求的中斷類型號(中斷※中斷類型號—中斷源對應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口地址在中斷向量表IVT中的行號，各中斷源有固定、惟一的中斷類型號*實現(xiàn)方法：回下轉(zhuǎn)50回57主?k???指令指令??(2)保存*任務(wù)：①保存斷點/返回點硬件現(xiàn)場(如PC及狀態(tài)REG(2)保存*任務(wù)：①保存斷點/返回點硬件現(xiàn)場(如PC及狀態(tài)REG└→以便中斷結(jié)束后繼續(xù)執(zhí)行②關(guān)中斷，即恢復(fù)系統(tǒng)默認的單重中斷方式└→中斷處理時└→狀態(tài)REG的IF位*保存現(xiàn)①通常采用后援REG堆棧②保存返回點(非斷點)現(xiàn)場。(→減少中斷返回階段復(fù)雜②中類型說明：①返回點指令地址由中斷源屬性(中斷類型號可②后援PC內(nèi)容為當(dāng)前指令地址(“PC←PC+1”時接收PC轉(zhuǎn)上回下轉(zhuǎn)48頁(不同請求的返回后援寄存器 中斷機構(gòu)保存現(xiàn)場返回點判斷及選擇電狀態(tài)其他后援*單重中斷實現(xiàn)方法①IF位作為I/O中斷請求的檢測條件之一可屏蔽I/O不可屏蔽中②IF=0時*單重中斷實現(xiàn)方法①IF位作為I/O中斷請求的檢測條件之一可屏蔽I/O不可屏蔽中②IF=0時中斷檢測邏輯屏蔽了I/O中斷請求新的I/O中斷請求被t☆I(lǐng)/O中斷請求得到響應(yīng)的條件①I/O中斷請求②當(dāng)前指令結(jié)束時(即End信號有效③“中斷允許”位IF=1④無DMA請求及無更緊急(更高優(yōu)先級)中斷請求轉(zhuǎn)上轉(zhuǎn)51轉(zhuǎn)48頁(檢測時機中斷中斷中斷“中斷允許指令結(jié)束信號CPU內(nèi)中斷請 機中斷+&(3*任務(wù)：查中斷向量表IVT(用中斷向量地址)，獲得所選中斷源(中斷請求)的中斷服務(wù)程序入口地址(中斷向量)?！袛嘞蛄俊狪VT中某行的內(nèi)容，即中斷服務(wù)程序入(3*任務(wù)：查中斷向量表IVT(用中斷向量地址)，獲得所選中斷源(中斷請求)的中斷服務(wù)程序入口地址(中斷向量)?！袛嘞蛄俊狪VT中某行的內(nèi)容，即中斷服務(wù)程序入口地址※中斷向量地址—即中斷向量的索引地址=IVT首址+中斷類型號**實現(xiàn)方IVT存放—常存放在主存中某塊連續(xù)單元，由OS查。其空(4*任務(wù)：將獲得的中斷服務(wù)程序入口地址置入PC轉(zhuǎn)54……………主I/OI/O③④其它 中 保存現(xiàn)中斷類型 場邏輯回邏判中優(yōu)斷邏請輯求檢測入口地址獲μ時3、中斷(1*任務(wù)：執(zhí)行中斷服務(wù)程序(即CPU按PC內(nèi)容執(zhí)行指令*中斷服務(wù)程序基本框架：應(yīng)周3、中斷(1*任務(wù)：執(zhí)行中斷服務(wù)程序(即CPU按PC內(nèi)容執(zhí)行指令*中斷服務(wù)程序基本框架：應(yīng)周隱指務(wù)程(b)(a)轉(zhuǎn)52回下中斷中斷恢復(fù)軟件現(xiàn)恢復(fù)軟件現(xiàn)設(shè)備服務(wù)指設(shè)備服務(wù)指開中保存軟件現(xiàn)保存軟件現(xiàn)PCPC(2*任務(wù)：①恢復(fù)中斷響應(yīng)時保存的斷點/返回點現(xiàn)場②返回*實現(xiàn)方法：①中中斷服務(wù)程序中用中斷返回指令指明(觸發(fā)└→∴中斷處理=(2*任務(wù)：①恢復(fù)中斷響應(yīng)時保存的斷點/返回點現(xiàn)場②返回*實現(xiàn)方法：①中中斷服務(wù)程序中用中斷返回指令指明(觸發(fā)└→∴中斷處理=中斷服務(wù)要求中斷響應(yīng)時保存的(PC)是返回點指令地址└→非斷點指令當(dāng)前指令→返回點←下條指中斷現(xiàn)場保中斷中類型后援寄存器轉(zhuǎn)上轉(zhuǎn)52返回點判斷及選擇電后援狀態(tài)其他三、I/O中斷的組1、中斷方式的I/O接口*組成：增加中斷請求產(chǎn)生/撤消中斷請求信結(jié)中斷響應(yīng)信啟動設(shè)控制總數(shù)據(jù)總?cè)?、I/O中斷的組1、中斷方式的I/O接口*組成：增加中斷請求產(chǎn)生/撤消中斷請求信結(jié)中斷響應(yīng)信啟動設(shè)控制總數(shù)據(jù)總輸出數(shù)地址總*請求產(chǎn)生/撤消原理：EI=1&RD=1時自動RD=0(中斷服務(wù))時*中斷響應(yīng)原理：中斷響應(yīng)信號有效時(CPU中斷響應(yīng)周期的識別中斷源階段)，接口送出約定的中斷向量地址(60回84)操⑧⑨⑦⑥⑤③④I/O設(shè)備選擇電控制狀態(tài)內(nèi)部控制邏忙觸發(fā)器 ② 觸發(fā)器 就緒觸發(fā)器&2、識別*中斷源有共用請求式、分類共用請求式、獨立請求式3……可屏蔽請……不可屏蔽請……不可屏蔽請可屏蔽請2、識別*中斷源有共用請求式、分類共用請求式、獨立請求式3……可屏蔽請……不可屏蔽請……不可屏蔽請可屏蔽請不可屏蔽請可屏蔽請(a)(b)(c)應(yīng)用—外中斷常用分類共用請求式連接(接口又有2內(nèi)中斷常用獨立請求式可屏蔽請(共用式連接(a)獨立式連不可屏蔽請(共用式連接…(b)共用式連回63…中斷響應(yīng)電中斷請求電中斷響應(yīng)電中斷請求電內(nèi)中斷請(獨立式連接標(biāo)志REGIF&中斷I/O中斷請求電CPUCPUCPU*識別中斷源的任務(wù)(目標(biāo)①從所有中斷請求中選擇一個最緊急的請求└→緊急程*識別中斷源的任務(wù)(目標(biāo)①從所有中斷請求中選擇一個最緊急的請求└→緊急程度常用優(yōu)先級②獲得該中斷源請求的中斷類型號(或中*識別中斷源(中斷判優(yōu))的方種類—有軟件查詢、硬件串行判優(yōu)、硬件并行判優(yōu)3種應(yīng)用—不同判優(yōu)方法適用于不同的中斷請求連接方式*軟件查--適用于共用請求式連接(非向量中斷判優(yōu)原理—共用的中斷服務(wù)程序的決定了各中斷源(請求)的優(yōu)中斷請求回下…中斷源中斷源中斷源*串行判--適用于共用請求式連接(向量中斷響應(yīng)信…判優(yōu)原理—與菊花鏈查詢總線仲裁類似，*串行判--適用于共用請求式連接(向量中斷響應(yīng)信…判優(yōu)原理—與菊花鏈查詢總線仲裁類似，(連接次序)決定了各中斷源(請求)的優(yōu)先級(靜態(tài)優(yōu)先級；中斷類型號形成—各中斷源按約定給出。*并行判--適用于獨立請求式連接(向量中斷中斷請響應(yīng)信號中斷類型中斷周期信中斷類型……判優(yōu)原理—與獨立請求總線仲裁類似，判優(yōu)算法各中斷源(請求)的優(yōu)先級(可實現(xiàn)動態(tài)優(yōu)先級中斷類型號形成—判優(yōu)邏輯按各請求連接次序└→I/O接口不再需要中斷響應(yīng)邏6轉(zhuǎn)上回下轉(zhuǎn)61共用中斷中斷源中斷源中斷源中斷源中斷源中斷機構(gòu)的并行判中斷控制器的并行中斷源中斷源中斷源3、中斷*中斷系統(tǒng)基本組成：由CPU的中斷機構(gòu)、OS管理的中斷向表IVT、I/O接口的中斷請求電路、3、中斷*中斷系統(tǒng)基本組成：由CPU的中斷機構(gòu)、OS管理的中斷向表IVT、I/O接口的中斷請求電路、中斷控制器(可選)組成主不可屏蔽請(共用式連接可屏蔽請(共用式連接?中斷類??中斷向量???注：①采用中斷控制器時，I/O接口中的響應(yīng)電路不②I/0中斷通常采用共用請求式連*中斷系統(tǒng)工作原理：中斷檢測與指令周期重疊；中斷響由?～?步組成；中斷返回回下轉(zhuǎn)上………I/O應(yīng)電求電中斷μOP控 (n)中斷返回指中斷請 (0)中斷響內(nèi)中斷請標(biāo)志REGIF??中斷&場邏場檢時序*中斷控①自動檢測并記錄②自動向CPU提出中斷請求③自動進行中斷請求的排隊④處理來自CPU的中斷響應(yīng)操作(提供響應(yīng)信中斷類型*中斷控①自動檢測并記錄②自動向CPU提出中斷請求③自動進行中斷請求的排隊④處理來自CPU的中斷響應(yīng)操作(提供響應(yīng)信中斷類型中斷請求信中斷控⑤作為I/O接口接收并響應(yīng)CPU的操作(如修轉(zhuǎn)上回68…I/OI/O中斷清除排隊(編碼……4、多重I/O中斷的組*多重中斷方4、多重I/O中斷的組*多重中斷方式：中斷處理過程中允許響應(yīng)并處理新I/O中 請求，又稱中斷嵌套方式程序程序程序程序程序程序單重多重*多重中①單重中斷(系統(tǒng)默認)→多重中斷的轉(zhuǎn)換方法②新請求的響應(yīng)條件(即正在服務(wù)請求與新請求的判優(yōu)方法*單重單重中斷(系統(tǒng)默認)—中斷響應(yīng)時新的I/O中斷請求被t多重中斷—中斷服務(wù)程序中將IF←1可響應(yīng)新的I/O中斷t可響應(yīng)新的I/O中斷多*單重單重中斷(系統(tǒng)默認)—中斷響應(yīng)時新的I/O中斷請求被t多重中斷—中斷服務(wù)程序中將IF←1可響應(yīng)新的I/O中斷t可響應(yīng)新的I/O中斷多重中斷服務(wù)程序中斷返回指令(含恢復(fù)恢復(fù)軟件現(xiàn)設(shè)備服務(wù)指開中保存軟件現(xiàn)中斷響應(yīng)(含關(guān)中斷中斷中斷中斷中斷中斷中斷*新請求①對新請求，IC立*新請求①對新請求，IC立即產(chǎn)生，由CPU決定是否響應(yīng)☆②對新請求，由IC決定是否產(chǎn)生，CPU立即響應(yīng)；新請求的產(chǎn)生條件—當(dāng)正在服務(wù)請求的優(yōu)先級小于新請求的優(yōu)先級時，IC產(chǎn)生新請求響應(yīng)信中斷類型中斷請求信注①增設(shè)中斷服務(wù)REG存放正在服務(wù)的中斷②中斷響應(yīng)時，中斷服務(wù)REG、中斷請求REG同時回下轉(zhuǎn)65………中斷控制器 中斷復(fù)位(編碼比較(編碼中斷類型號形復(fù)位中斷置位&5、中斷5、中斷特殊屏蔽—屏蔽正在服務(wù)的請求(多重中斷時需*中斷屏方法—有獨立屏蔽字及排隊+共用屏蔽2種方法實現(xiàn)—IC提供記錄機制，應(yīng)用程序根據(jù)需要可修改響應(yīng)信中斷類型中斷請求信轉(zhuǎn)上…………中斷中斷類型號形成&&(編碼比較(編碼復(fù)復(fù)置特殊屏蔽&正常屏蔽…&6、I/O中斷方以C語言的(1*中斷服6、I/O中斷方以C語言的(1*中斷服//fname為中斷函數(shù)//與常*設(shè)置/獲得中*開/關(guān)中斷允許位IF函數(shù)回下(2char=longintvoidinterrupt{if(nCurrPoint{//int0B為自定義(2char=longintvoidinterrupt{if(nCurrPoint{//int0B為自定義函數(shù)//開中斷(支持中斷嵌100outp(0x60Buff[nCurrPnt])；//一次傳輸一個數(shù)據(jù)}//關(guān)中斷(恢復(fù)現(xiàn)場時禁}void{//保存12號中斷原來的中斷向//關(guān)閉中//設(shè)置12號中斷新的中斷//開放中Buff[nCurrPnt])；//發(fā)送首字符，其余由中斷程//I/O接口支持中斷方式，且連接到0x0B號中斷引//主程序其//恢復(fù)12號中斷原來的中斷向}轉(zhuǎn)上回78I/OI/O*計算機系統(tǒng)中I/O傳送的特點①I/O傳送通常為主存-外設(shè)間②不同外設(shè)的傳輸速度、傳輸數(shù)據(jù)量需求差別很大*程序控制I/O方式的特點①I/O傳送為CPU-外設(shè)間└→需再用一條CPU-主存間傳送指令滿足需②每個I/O指令周期傳送一個字節(jié)或字└→≥2個總線周期(取指及執(zhí)行)傳送1③CPU與外設(shè)不能并行工作├→程序查詢方式—CPU-外設(shè)間串行└→程序中斷方式—CPU-外設(shè)間部分并行*優(yōu)化思路：①減輕CPU負擔(dān)；②1個總線周期傳送11、I/O方式(DMA—※DMA方式—用硬件實現(xiàn)主存-外設(shè)間※DMA控制器(DMAC)—幫助CPU控制主存-外設(shè)間傳送主程序①②視頻打印顯……控制打印攝像顯示1、I/O方式(DMA—※DMA方式—用硬件實現(xiàn)主存-外設(shè)間※DMA控制器(DMAC)—幫助CPU控制主存-外設(shè)間傳送主程序①②視頻打印顯……控制打印攝像顯示*目標(biāo)：①傳送不占用CPU時間(DMAC控制②快速傳送(按總線周期[非指令周期]傳送③批量傳送(CPU干預(yù)1次傳送一批數(shù)*應(yīng)用：適用于主存與磁盤、網(wǎng)卡、USB等設(shè)備間的批量、高速數(shù)據(jù)傳送?；叵翫MA一、DMAI/O方式的基本原2、I/O方式包含DMA預(yù)處理、DMA傳送、DMA后處理I/O接口外設(shè)DMA控制中斷控制t①DMA②DMA③后*與中斷方式的區(qū)別：傳送過程全部由DMAC管理與控制回回78(傳2、I/O方式包含DMA預(yù)處理、DMA傳送、DMA后處理I/O接口外設(shè)DMA控制中斷控制t①DMA②DMA③后*與中斷方式的區(qū)別：傳送過程全部由DMAC管理與控制回回78(傳送要求(啟動設(shè)備執(zhí)行其他程序(處理事務(wù)程 啟動監(jiān) 中轉(zhuǎn)操作信息啟動監(jiān) 中轉(zhuǎn)操作信 設(shè)備就 接收設(shè)備狀態(tài)設(shè)備就 接收設(shè)備狀 接收要等待外設(shè)就控制操作等待外設(shè)就控制操作號接收各I/O接口的中斷請求，立即向CPU提出中斷請實現(xiàn)接收操實現(xiàn)接收操設(shè)備啟設(shè)備啟發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)原理示例參數(shù)：將硬盤XX柱面、YY盤面、ZZ扇區(qū)開始的數(shù)據(jù)塊送往主原理示例參數(shù)：將硬盤XX柱面、YY盤面、ZZ扇區(qū)開始的數(shù)據(jù)塊送往主存中(首址為BUF的4KB空間)，硬盤適配命令端口、參數(shù)端口、數(shù)據(jù)端口地址分別為RR、PP、DD--軟件(1)DMA預(yù)處理(又稱DAM*(a)通知傳送需求CPU執(zhí)行I/O指令串，對DMAC設(shè)置傳送參數(shù)(主存緩沖首址、傳送字?jǐn)?shù)、操作類型[MEMR/MEMW])及工作方式注—DMAC中必須有相關(guān)端口保存示例—首址端口←BUF，字?jǐn)?shù)端口←4KB，控制端口*(b)啟動設(shè)備CPU執(zhí)行I/O指令[串]，對I/O接口進行啟動設(shè)備操作示例—RR端口←<DMA操作>，PP端口←按序?qū)?lt;XX、YY、轉(zhuǎn)上回78回80主I/OI/ODMA(2)DMA--硬件*(a)請求總線控制權(quán)：外設(shè)就緒時→I/O接口提出DREQ→DMAC提(2)DMA--硬件*(a)請求總線控制權(quán)：外設(shè)就緒時→I/O接口提出DREQ→DMAC提出HRQ請求→CPU在當(dāng)前總線周期結(jié)束時發(fā)出HLDA→DAMC獲得總線控制權(quán)傳送時*(b)傳送操作：DAMC按總線標(biāo)準(zhǔn)控制傳送過①在地址期—DACK應(yīng)答→I/O接口、(首址端口)→地址總線、成對命令(MEMR#/IOW#或MEMW#/IOR#)→命令總線，②在數(shù)據(jù)期—(字?jǐn)?shù)端口)-1、注—“(端口)”指端示例—地址期：AB←(首址端口)、CB←IOR#及MEMW#數(shù)據(jù)期：主存←DB←(硬盤適配器DD端口，(字?jǐn)?shù)端口)-1、(首址端口轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)下回66主I/OI/ODMAI/O字?jǐn)?shù)332211100命數(shù)據(jù)數(shù)數(shù)數(shù)總線周總線周總線周空總線周空*(c)下個字傳送判別：DAMC檢測(字?jǐn)?shù)端口)并進為零時轉(zhuǎn)入DMA后處理否則等待DREQ請求，有效時轉(zhuǎn)(b)進行回79回83I/O字?jǐn)?shù)332211100命數(shù)據(jù)數(shù)數(shù)數(shù)總線周總線周總線周空總線周空*(c)下個字傳送判別：DAMC檢測(字?jǐn)?shù)端口)并進為零時轉(zhuǎn)入DMA后處理否則等待DREQ請求，有效時轉(zhuǎn)(b)進行回79回83(3)DMA后處--硬件*(a)硬件結(jié)束處理：DMAC發(fā)EOP#信號(DMA傳送結(jié)束)→I/O口撤消DREQ請求→DMAC撤消DACK(3)DMA后處--硬件*(a)硬件結(jié)束處理：DMAC發(fā)EOP#信號(DMA傳送結(jié)束)→I/O口撤消DREQ請求→DMAC撤消DACK應(yīng)答、撤消HRQ請求(放棄總線控制權(quán))→CPU撤消HLDA(恢復(fù)總線控制權(quán))→DMAC撤消EOP#信號；*(b)軟件結(jié)束處理：I/O接口與外設(shè)間完成操作時發(fā)IREQ號(通過CPU通知軟件DMA傳送已結(jié)束)→CPU執(zhí)行中斷程序進行善后處理(如數(shù)據(jù)校驗等。⑩討論①：預(yù)處理時，為何外設(shè)啟動的信息不放在DMAC②：為何不用DMAC提出DMA③：DMA方式轉(zhuǎn)74轉(zhuǎn)上轉(zhuǎn)75轉(zhuǎn)71主中斷 ①EOP#↓⑥EOP#↑I/ODMA3、I/O方式--DMAC的工作解決的問題：不同設(shè)備傳送速度不同(CPU可能在等著使用總線[如取指])，DMAC在兩個字傳送之間“下個字傳送判別”階段)是否一直占有總線控制權(quán)(1)暫停CPU--又稱CPU*原理：DMAC在傳送3、I/O方式--DMAC的工作解決的問題：不同設(shè)備傳送速度不同(CPU可能在等著使用總線[如取指])，DMAC在兩個字傳送之間“下個字傳送判別”階段)是否一直占有總線控制權(quán)(1)暫停CPU--又稱CPU*原理：DMAC在傳送全部完成后，才向CPU交回└→DREQ無效時，DMAC也不放棄總線I/O空空空可總線CPU使用總線想與不想都無法使用總可*特點：DMAC請求-響應(yīng)少、傳輸效率高，CPU受限適用于外設(shè)速度接近于總線速度的DMA轉(zhuǎn)77回下(2)與CPU--又稱透明DMA*原理：CPU使用單號總線周期，DMAC使用雙號總線周期I/O接口DMAC總線CPU(D*特點：DMAC無請求-響應(yīng)(3--又稱*原理：①當(dāng)DREQ有效時，DMAC向CPU請求1～n個總線②DMA請求優(yōu)先級高于CPU(為避免I/O空可無法使總線CPU使用(2)與CPU--又稱透明DMA*原理：CPU使用單號總線周期，DMAC使用雙號總線周期I/O接口DMAC總線CPU(D*特點：DMAC無請求-響應(yīng)(3--又稱*原理：①當(dāng)DREQ有效時，DMAC向CPU請求1～n個總線②DMA請求優(yōu)先級高于CPU(為避免I/O空可無法使總線CPU使用總線無法使可*特點：總線使用效率高、DMAC請求-響應(yīng)頻繁，最常用DMAC怎知本次DMA傳送方式？CPU在DMA預(yù)處理時對DM設(shè)轉(zhuǎn)上轉(zhuǎn)75MAC(傳送CPU(DMAC(空閑CPU(DMAC(傳送DMA方式硬件組織涉及CPU的DMA機構(gòu)、DMA控制器及I/O的DMA機構(gòu)三部分1、CPU的DMA機*DMA傳送對CPUHRQ有效DMA方式硬件組織涉及CPU的DMA機構(gòu)、DMA控制器及I/O的DMA機構(gòu)三部分1、CPU的DMA機*DMA傳送對CPUHRQ有效、當(dāng)前總線周期結(jié)束/空閑時，CPU使HLDA有效*CPU主要是對總線接口單元BIU有所中斷請 總線周結(jié)束?中斷響控制單元運算&DMA接口單元中斷時序寄存二、DMAI/O方式的硬件組2、DMA控制器*DMAC功能：管理所有I/O接口的DMA請求、向CPU提出DMA求、控制DMA傳送過程I/O接口I/O接口中斷(1)DMAC2、DMA控制器*DMAC功能：管理所有I/O接口的DMA請求、向CPU提出DMA求、控制DMA傳送過程I/O接口I/O接口中斷(1)DMACDMA控制器有被動態(tài)和主動態(tài)兩種狀態(tài)*被動態(tài)：作為常規(guī)I/O接口(從設(shè)備)使用，接收CPU└→包含端口、地址譯碼、內(nèi)部控制邏輯等電路*主動態(tài)：作為DMAC(主設(shè)備)使用，實現(xiàn)DMA方式└→包含(接口/CPU)DMA請求管理與響應(yīng)等回下主 DMA(2)DMAC*接口功控制/狀態(tài)/數(shù)據(jù)REG、端*DMAC接口側(cè)—(2)DMAC*接口功控制/狀態(tài)/數(shù)據(jù)REG、端*DMAC接口側(cè)—DMA請求/屏蔽/判優(yōu)邏輯、響應(yīng)/結(jié)束邏輯CPU側(cè)—總線控制權(quán)請求/響應(yīng)邏輯傳送控制—總線主控邏輯、主存首址REG/計數(shù)傳送字?jǐn)?shù)REG/計數(shù)地址總數(shù)據(jù)總EO877低 地址狀控數(shù)據(jù)總線緩地址3、I/O接口的DMA機構(gòu)的硬件組*DMA傳送對I/O①必須具有中斷請求└→∵DMA后處理時，由I/O接口通3、I/O接口的DMA機構(gòu)的硬件組*DMA傳送對I/O①必須具有中斷請求└→∵DMA后處理時，由I/O接口通知軟件已結(jié)②必須使用同一數(shù)據(jù)端口傳送DMA方式的數(shù)據(jù)└→∵傳送操作時，地址總線上為主存地*I/O接口組織中斷功能—控制REG的中斷允許位EI、中斷請求邏輯DMA功能—控制REG的DMA允許位ED、DMA請求邏輯地址總數(shù)據(jù)總轉(zhuǎn)60…外設(shè)DMA方中斷數(shù)據(jù)/鎖存控制狀態(tài)地址內(nèi)部數(shù)據(jù)總線緩地址I/O方式*DMA方式傳送過程：以暫停CPU訪問傳送方式①預(yù)處理—設(shè)置DMA②傳送—獲得總線控制權(quán)、I/O傳送及下字處理(多次③后處理—硬件結(jié)束(交回ⅠⅡ⑨I/O接口I/O接口I/O方式*DMA方式傳送過程：以暫停CPU訪問傳送方式①預(yù)處理—設(shè)置DMA②傳送—獲得總線控制權(quán)、I/O傳送及下字處理(多次③后處理—硬件結(jié)束(交回ⅠⅡ⑨I/O接口I/O接口⑩注：Ⅰ--DMA傳送的參數(shù)(含傳送方式)，Ⅱ--設(shè)備啟動及???--DMA控制器請求并獲得總線控制權(quán)過①②及④⑤--DMA控制1次傳送的過③--I/O接口的再次就緒請求，對快速設(shè)備應(yīng)一⑥⑦⑧⑨⑩--DMA傳送結(jié)束的處理回下主 DMA*DMA例—某CPU的主頻=500MHz、CPI=5，假=0.5MB/s，數(shù)據(jù)總線=32位，中斷程序指令數(shù)=18條、中斷處理其它開銷(響應(yīng))相當(dāng)于2條指令時間。?中斷方式下，CPU用于該外設(shè)I/O的時間百分比*DMA例—某CPU的主頻=500MHz、CPI=5，假=0.5MB/s，數(shù)據(jù)總線=32位，中斷程序指令數(shù)=18條、中斷處理其它開銷(響應(yīng))相當(dāng)于2條指令時間。?中斷方式下，CPU用于該外設(shè)I/O的時間百分比?若外設(shè)數(shù)據(jù)傳輸率提高到5MB/s，改用DMA傳送方式DMA傳送預(yù)處理及后處理共需500個時鐘、塊大小=5000，CPU于該外設(shè)I/O的時間百分比(假設(shè)CPU與DMAC無沖突使用總線？轉(zhuǎn)上回下傳送每字優(yōu)先處傳送總線周期對CPU的影中斷1軟件≥2暫停原程中可DMA多個硬件1暫停不可①對CPU而言，兩者均采用請求-響應(yīng)方式②兩者均須軟件和硬件共同完成解—?CPU用于I/O的時間百分比外t -解—?CPU用于I/O的時間百分比外t -TINT=(2+18)*5÷(500*10)=0.2*10 -TI/O=1÷[0.5*10÷(32/8)]=8*10時間百分比=0.2*10-6/(0.2*10-6+8*10-解—?CPU用于I/O的時間百分比后處t -TDMA=500÷(500*10)=1*10 -TI/O=5000÷[5*10÷(32/8)]=4000*10時間百分比=1*10-6/(1*10-6+4000*10-轉(zhuǎn)上預(yù)處執(zhí)行后處預(yù)處預(yù)處DMA預(yù)處中斷執(zhí)行執(zhí)行1次就緒通道及IOP1、通道*通道定義：是替代CPU管理與控制外設(shè)的I/O控制器*具有通道的I/O系統(tǒng)組織：CPU-通道-控制器-設(shè)備4級結(jié)MEM通道bus(即I/O總線…通通道及IOP1、通道*通道定義：是替代CPU管理與控制外設(shè)的I/O控制器*具有通道的I/O系統(tǒng)組織：CPU-通道-控制器-設(shè)備4級結(jié)MEM通道bus(即I/O總線…通通設(shè)備設(shè)備設(shè)備外外外*通道功能：①接收CPU的I/O控制(傳送的啟動、②執(zhí)行通道程序(依此進行I/O操作③組織與控制I/O傳送(滿足兩條總線④收集并記錄外設(shè)工作狀態(tài)(寫到主存指⑤轉(zhuǎn)達外設(shè)及通道的中斷請求(結(jié)束或故障)回下回90一、通道I/O2、通道I/O方式的基本過與DMA方式類似，有通道啟動、通道傳送、通道結(jié)束3個階通道啟用戶程序執(zhí)行訪管指令(系統(tǒng)功能調(diào)用)轉(zhuǎn)入I/O訪管指令格2、通道I/O方式