第10章输入输出系统详解.ppt

外围设备接口的结构 并行接口的例子 总线的同步方式 1. 同步通信 串行同步：信号编码 并行同步：专用时钟信号线 优点：时序关系简单，实现简单。 缺点：在设备速度不一致时按最坏情况确定，不能太长。 例：在一个32位总线中，时钟频率为33MHz，总线数据传输的周期是7个时钟周期传输4个字的数据块， (1) 问总线的数据传输率是多少？ (2) 为了提高数据传输率，将总线的数据线改为8个字的块，使得总线在11个时钟周期传输8个字的数据块，问这时总线的数据传输率是多少？ (3) 如果不改变数据块的大小，而是将时钟频率加倍，问这时总线的数据传输率是多少？ 总线——AGP总线 AGP——加速图形端口 总线——USB总线 USB——通用串行总线 全速12Mb/s(=5米)，慢速1.5Mb/s(=3米) 统一编址法 存储器映像的外设寻址: 将接口中的控制寄存器、数据寄存器、状态寄存器和内存单元一样看待,可以利用访存指令进行输入输出操作 程序查询方式——无条件传送 外设总是准备好 输入——数据已经准备好 输出——已准备好接收 只有数据，没有状态，同步方式 不需要过多的程序处理，在需要与外设交换信息时，随时访问I/O端口 程序查询方式——无条件传送 程序查询方式——条件传送 查询传送方式 查询外设的状态信息 输入——数据已准备好 输出——接收装置已准备好 状态端口、数据端口 条件传送---输出 2.中断的作用 “中断”是由I/O设备或其他非预期的急需处理的事件引起的，它使CPU暂时中断现在正在执行的程序，而转至另一服务程序去处理这些事件，处理完后再返回原程序。 中断有下列一些作用: ⑴ CPU与I/O设备并行工作。 例CPU与针式打印机并行工作的时间安排。 当打印机完成一行打印后，向CPU发中断信号，若CPU响应中断，则停止正在执行的程序转入打印中断服务程序，将要打印的下一行字传送到打印机控制器并启动打印机工作。然后CPU又继续执行原来的程序，此时打印机开始了新一行字的打印过程。 CPU与打印机并行工作 打印机打印一行字需要几毫秒到几十毫秒，而中断处理时间一般是微秒级 ⑵硬件故障处理。 计算机运行时，如硬件出现某些故障，机器中断系统发出中断请求，CPU响应中断后自动进行处理。 ⑶实现人机联系。 在计算机工作过程中，如果用户要干预机器，如抽查计算中间结果，了解机器的工作状态，给机器下达临时性的命令等。在没有中断系统的机器里这些功能几乎是无法实现的。 ⑷实现多道程序和分时操作。 计算机实现多道程序运行是提高机器效率的有效手段。多道程序的切换运行需借助于中断系统。在一道程序的运行中，由I/O中断系统切换到另外一道程序运行。 也可以通过分时分配每道程序一个固定时间片，利用时钟定时发中断进行程序切换。 ⑸实现实时处理。 这是指在某个事件或现象出现时，及时地进行处理，而不是集中起来再进行批处理。例如，在某个计算机过程控制系统中，当出现压力过大，温度过高等情况时，必须及时输入到计算机进行处理。 这些事件出现的时刻是随机的，而不是程序本身所能预见的，因此要求计算机中断正在执行的程序，转而去执行中断服务程序 ⑹实现应用程序和操作系统(管态程序)的联系。可以在用户程序中安排一条“Trap”指令进入操作系统，称之为“软中断”。其中断处理过程与其他中断类似。 ⑺多处理机系统中各处理机间的联系。 在多处理机系统中，处理机和处理机之间的信息交流和任务切换可以通过中断来实现。 3.中断与调用子程序的区别 从表面上看起来，计算机的中断处理过程有点类似于调用子程序的过程，这里现行程序相当于主程序，中断服务程序相当于子程序。 但有本质上的区别: ⑴子程序的执行是由程序员事先安排好的，而中断服务程序的执行则是由随机的中断事件引起的。 ⑵子程序的执行受到主程序或上层子程序的控制，而中断服务程序一般与被中断的现行程序毫无关系。 ⑶不存在同时调用多个子程序的情况，而可能发生多个外设同时请求CPU为自己服务的情况。 中断接口 4.中断的产生和响应 ⑴中断源---引起中断的事件。 ①中断源的种类 ⑵中断的分级与中断优先权 在设计中断系统时，要把全部中断源按中断性质和处理的轻重缓急进行排队并给予优先权。优先权是指有多个中断同时发生时，对各个中断响应的优先次序。 中断源数量很多时，中断字就会很长，一般把所有中断按不同的类别分为若干级，称为中断级，在同一级中还可以有多个中断源。首先按中断级确定优先次序，然后在同一级内再确定各个中断源的优先权。 对设备分配优先权时，必须考虑数据的传输率和服务程序的要求。数据的有效时间短，则该设备的优先权高 ⑶禁止中断和中断屏蔽 ①禁止中断: 产生中断源后，由于某种条件