微机原理课件DMA控制器资料.ppt

第8章 DMA控制器 一、输入输出控制方式 CPU对I/O控制方式，就微机系统而言有四种基本方式 程序查询方式：CPU通过查询I/O设备的状态，断定哪个设备需要服务，然后转入相应的服务程序。 程序中断方式：当I/O设备需要CPU为其服务时，可以发生中断请求信号INTR，CPU接到请求信号后，中断正在执行的程序，转去为该设备服务，服务完毕，返回原来被中断的程序并继续执行。 直接存储器存取（DMA）方式：采用这种方式时，在DMA控制器的管理下，I/O设备和存储器直接交换信息，而不需要CPU介入。 I/O处理机方式：引入I/O处理机，全部的输入/输出操作由I/O处理机独立地承担。 前两种主要由程序来实现，后两种主要由附加硬件来实现，微机中多数采用前三种。 1 程序查询方式 程序查询方式中，CPU对I/O设备的控制全部由程序来实现，所有的输入输出操作都处于正在被执行的程序的控制下，I/O设备完全处于被动地位。 无条件传送方式 查询传送方式 所谓查询，就是询问外部设备的工作状态，通过这一状态来判定外设是否已具备了与CPU交换数据的条件，即外设是否已准备好与CPU交换数据。 对输入设备而言，这个状态指示输入设备的数据是否已经准备就绪，CPU是否可以随时来读取这个数据。 对输出设备而言，这个状态指示输出设备的数据接收寄存器是否已空，是否可以随时接受CPU送来的数据。 2 程序中断方式 无条件传送方式和查询传送方式的缺点是CPU和外设只能串行工作，各外设之间也只能串行工作。 为了使CPU和外设以及外设和外设之间能并行工作，提高系统的工作效率，充分发挥CPU高速运算的能力，在微机系统中引入了中断技术，利用中断来实现CPU与外设之间的数据传送，这就是程序中断传送方式。 在程序中断传送方式中，通常是在主程序中某一时刻安排启动某一台外设的指令，然后CPU继续执行其主程序，当外设完成数据传送的准备后，向CPU发出“中断请求”信号，在CPU可以响应中断的条件下，中断（即暂停）现行主程序的执行，而转去执行“中断服务程序”，在“中断服务程序”中完成一次CPU与外设之间的数据传送，传送完成后仍返回被中断的断点处继续执行主程序。 3 DMA方式 DMA传送方式的提出 与程序查询方式相比，利用中断方式进行数据传送可以大大提高CPU的工作效率。 中断方式局限性，传输效率仍然不是很高 仍然通过CPU执行程序来实现数据传送的 每次传送触发中断服务程序，保护和恢复断点、中断程序调用 按字节或字来进行传输，不能实现按块传输 如果I/O设备的数据传输率较高，那么CPU和这样的外部设备进行数据传输时，即使尽量压缩程序查询方式和中断方式中的非数据传输时间，也仍然不能满足要求。 为了解决上述问题，实现按数据块传输，就需要改变传输方式，为此，提出了在外设和内存之间直接传送数据的方式，这就是直接存储器传输方式，即DMA方式。 DMA控制器的功能 （1）当外设准备就绪，希望进行DMA操作时，会向DMA控制器发出DMA请求信号，DMA控制器接到此信号后，应能向CPU发总线请求信号。 （2）CPU接到总线请求信号后，如果允许，则会发出DMA响应信号，从而CPU放弃对总线的控制，这时DMA控制器应能实行对总线的控制。 （3）DMA控制器得到总线控制权以后，要往地址总线发送地址信号，修改所用的存储器的地址指针。 （4）在DMA传送期间，DMA控制器应能发存储器或接口的读/写控制信号。 （5）能统计传送的字节数，并且判断DMA传送是否结束。 （6）能向CPU发出DMA结束信号，将总线控制权交还给CPU。 DMA传送的一般工作过程 4 I/O处理机方式 I/O处理机 为了提高整个系统的工作效率，使CPU完全摆脱管理、控制输入/输出的沉重负担。 如Intel 8089就是一种专门配合8086/8088使用的I/O处理器芯片。 I/O处理机功能 有自己的指令系统，也能独立地执行程序，能承担原来由CPU处理的全部输入/输出操作。 如对外设进行控制、对输入/输出过程进行管理，并能完成字与字之间的装配和拆卸、码制的转换、数据块的错误检测和纠错，以及格式变换等操作。 同时它还可以向CPU报告外设和外设控制器的状态，对状态进行分析，并对输入/输出系统出现的各种情况进行处理。 I/O处理机同CPU程序并行执行。 二、DMA控制器8237A 主要的功能有： 1．在一片8237A内有4个独立的DMA通道。 2．每个通道的DMA请求可分别编程允许或禁止。 3．每个通道的DMA请求有不同的中断优先级（即DMA操作优先权），优先级有两种：固定优先级和循环优先级，由编程决定。固定优先级的顺序是通道0最高，依次是通道1，通道2和通道3。 4．可在外设与存储器，存储器