17主机与外设的数据传送方式.ppt

计算机组成原理 第17章 主机与外设数据传送方式 I/O接口 设备控制器 I/O设备 CPU 主存 输入输出（I/O）系统 由I/O接口、I/O部件、I/O软件组成，完成主机和外部设备之间的数据交换。 数据交换方式：有程序查询、中断、直接存储器访问 (DMA)、I/O通道、外围处理机等。 由CPU执行一段输入输出程序来实现主机与外设之间数据传送的方式叫做程序控制方式。这种传送方式又可分为无条件传送和程序查询方式两种。 17.1 程序查询方式 (1)预置传送参数。在传送数据之前，由CPU执行一段初始化程序，预置传送参数。传送参数包括存取数据的主存缓冲区首地址和传送数据的个数。 程序查询方式 无条件传送：外设总是准备好状态，CPU无须查询，可直接利用I/O指令访问相应的I/O端口。优点：软、硬件简单，但要求时序配合精确，一般只能用于简单开关量的输人输出控制中。 预置传送参数 启动外设 外设准备就绪? 传送一次数据 修改传送参数 传送完否? 取外设状态 结束 Y Y N N (2)启动外设。CPU执行输出指令向外设接口发出命令字启动外设。 (3) 取外设状态字。CPU执行输入指令，从外设接口中取回状态字。 (4)查询外设状态标志。判回状态字有无外设准备就绪。无，CPU返回；有，开始传送数据。 (5)传送数据。输入时，CPU执行输入指令，从外设接口的数据缓冲寄存器中接收数据；输出时，CPU执行输出指令，将数据写入外设接口的数据缓冲寄存器中。 (6)修改传送参数。每进行一次数据传送之后必须要修改传送参数，其中包括主存缓冲区地址加l，传送个数计数器减1。 (7)判断传送是否结束。如果传送个数计数器不为0，则转第(3)步，继续传送，直到传送个数计数器为0，表示传送结束。 预置传送参数 启动外设 外设准备就绪? 传送一次数据 修改传送参数 传送完否? 取外设状态 结束 Y Y N N 17.2 中断方式 1、中断的概念 只有当外设发生异常或申请时CPU才中断当前程序，转去与外设传送数据，完成数据传送后返回执行当前程序。使CPU无需像程序查询方式那样处于等待外设状态，提高了工作效率。 2、中断处理过程 由硬件和软件组合的一套机构完成5个步骤：中断请求、中断判优、中断响应、中断处理、中断返回。 中断源发出中断请求 中断判优 中断响应 中断服务 中断返回 外设(中断源)准备好，向CPU发出中断请求信号IR ，计算机对中断判优根据“优先序”选择中断源，CPU对“最高级”中断发出中断响应信号，并暂停当前程序，转去执行中断服务程序，完成I/O数据传送和处理服务后中断返回，CPU继续执行原来运行的程序。 ①中断源 硬件 外部设备(键盘、打印机等) 软件 内部关键部位(储存器读错、运算溢出、 实时时钟、电源掉电、外设故障等) 一般程序(定时、延时) 专用程序(断点设置、单步设置、溢出设置) 3、中断源与中断请求 ②中断请求 内部关键部位使用非屏蔽中断NMI信号，不受标志寄存器“中断允许位”影响，CPU必须响应。 一般程序执行指令INT实现 专用程序由系统设置实现 一般外部设备使用可屏蔽中断(I/O中断)INTR信号，改变中断控制寄存器内容(控制字)，在其中进行排队选优。 4、中断判优 ①中断优先权 当多个中断源同时向CPU发出中断请求时，CPU将所有中断源的请求按轻重缓急排序，0级、1级、2级…… n级排队依次处理，使最高级中断源的中断请求排在最前，最快得到CPU的处理。这种中断处理过程中的优先级别，叫做中断优先权。 1#中断服务 2#中断服务 3#中断服务 1#设备? 2#设备? 3#设备? Y Y Y N N N 软件判优法：优先级顺序已经按查询顺序排好，若要改变优先级可以通过改变程序查询顺序来完成。CPU顺序检测中断请求寄存器的状态。 CPU 1#设备接口 …… 中断请求ARQ I/O数据总线 2#设备接口 n#设备接口 硬件判优法： 靠硬件电路实现的判优，优先级不能更改。根据中断请求信号的传送方式不同，常见的硬件排队电路有串行顺序链识别法如图。 ②中断判优 有软件判优法和硬件判优法。 中断屏蔽寄存器：由多个中断屏蔽触发器组成，其内容被称为屏蔽字。可以通过软件编程改变屏蔽寄存器的某一位，使其置1，从而实现对某个中断源的屏蔽控制。注意到，硬件的中断排队电路所决定的中断响应次序是固定的，但通过中断屏蔽位的控制，决定某级中断请求能否进入中断排队器，可以改变中断响应次序。 ③中断屏蔽：当同时有多个中断源发出中断请求时，CPU只能响应一个中断，其余中断需要暂时封锁(屏蔽)。这里的中断屏蔽作用是，是否让中断源的请求进入排队逻辑，最终让CPU接到请求信号，而在CPU内部中断逻辑中，有一个同样起中断屏蔽作用的开/关中断触发器，