微机_信息传递方式与中断.ppt

第九章 微机信息传递方式中断系统 陆尧胜 谢军 主讲 暨南大学信息科学技术学院电子工程系 8.1 输入输出的控制方式 主机与外设之间数据传送的控制方式有以下四种： 无条件传送 查询式传送 中断方式传送 直接存储器存取(DMA, Direct Memory Access) 8.1.1 无条件传送方式 适用于总是处于准备好状态的外设 以下外设可采用无条件传送方式： 开关 发光器件(如发光二极管、7段数码管、灯泡等) 继电器 步进电机 优点：软件及接口硬件简单 缺点：只适用于简单外设，适应范围较窄 8.1.2 查询方式传送 适用于外设并不总是准备好，而且对传送速率、传送效率要求不高的场合。 CPU在与外设交换数据前必须询问外设状态——“你准备好没有？” 对外设的要求：应提供设备状态信息 对接口的要求：需要提供状态端口 优点：软件比较简单 缺点：CPU效率低，数据传送的实时性差， 速度较慢 查询方式的流程图 8.1.3 中断方式传送 CPU无需循环查询外设状态，而是外部设备在需要进行数据传送时才中断CPU正在进行的工作，让CPU来为其服务。即CPU在没有外设请求时可以去做更重要的事情，有请求时才去传输数据，从而大大提高了CPU的利用率。 优点：CPU效率高，实时性好，速度快。 缺点：程序编制较为复杂。 8.1.4 DMA传输 前面三种I/O方式都需要CPU作为中介： 外设 CPU 内存 两个含义： 1）软件：外设与内存之间的数据传送是通过CPU执行程序来完成的； 2）硬件：I/O接口和存储器的读写控制信号、地址信号都是由CPU发出的（总线由CPU控制）。 缺点：程序的执行速度限定了传送的最大速度（约为几十KB/秒）—解决：DMA传输 DMA传输: 外设 内存 外设直接与存储器进行数据交换 ，CPU不再担当数据传输的中介者； 总线由DMA控制器（DMAC）进行控制（CPU要放弃总线控制权），内存/外设的地址和读写控制信号均由DMAC提供。 优点：数据传输由DMA硬件来控制，数据直接在内存和外设之间交换，可以达到很高的传输速率（可达几MB/秒） 8.2 中断技术 8.2.1 中断的基本概念 什么是中断? 与生活场景的比较 中断的定义 CPU执行程序时，由于发生了某种随机的事件(外部或内部)，引起CPU暂时中断正在运行的程序，转去执行一段特殊的服务程序(称为中断服务程序或中断处理程序)，以处理该事件，该事件处理完后又返回被中断的程序继续执行，这一过程称为中断。 中断源 引起CPU中断的事件——中断源。例如： 外设——请求输入输出数据，报告故障等 事件——掉电、硬件故障、软件错误、非法操作、定时时间到等 中断源分为：外部中断、内部中断 内部中断：CPU内部执行程序时自身产生的中断 外部中断：CPU以外的设备、部件产生的中断 8086/8088的外部中断信号：INTR、NMI INTR——可屏蔽中断请求，高电平有效，受IF标志的控制。IF=1时，执行完当前指令后CPU对它作出响应。 NMI——非屏蔽中断请求，上升沿有效，任何时候CPU都要响应此中断请求信号。 为何计算机中要引入中断？ 提高数据传输率； 避免了CPU不断检测外设状态的过程，提高了CPU的利用率。 实现对特殊事件的实时响应。 8.2.2中断过程 五个步骤： 中断请求 中断判优(有时还要进行中断源识别) 中断响应 中断服务 中断返回 以下以外部中断为主介绍这五个步骤。 1）中断请求 外设接口（中断源）发出中断请求信号，送到CPU的INTR或NMI引脚； 中断请求信号：边沿请求，电平请求 例如，NMI为边沿请求，INTR为电平请求 中断请求信号应保持到中断被处理为止； CPU响应中断后，中断请求信号应及时撤销。 在8086/8088系统中，外设的中断要经过8259A可编程中断控制器(PIC)的排队判优后向CPU发出： (I/O接口) → PIC → CPU 2.1）中断源识别 计算机中的中断源有很多，CPU必须识别是哪一个设备产生中断。识别中断源有两个方法： 软件查询。将中断信号从数据总线读入，用程序进行判别。 中断矢量法。由中断源提供中断类型号，CPU根据类型确定中断源。（8086/8088即采用此种方法） 2.2）中断判优 多个中断源产生中断，CPU首先为谁服务？ ——中断优先级排队问题。 中断优先级控制要处理两种情况： 对同时产生的中断：应首先处理优先级别较高的中断；若优先级别相同，则按先来先服务的原则处理； 对非同时产生的中断：低优先级别的中断处理程序允许被高优先级别的中断源所中断——即允许中断嵌套。 中断优先级