计算机组成原理第五章-09年讲述.ppt

5.1 概 述 5.2 外部设备 第五章 输入输出系统 5.3 I/O 接 口 5.4 程序查询方式 5.5 程序中断方式 5.6 DMA 方式 五、中断服务程序流程 1. 中断服务程序的流程 (1) 保护现场 (2) 中断服务 (3) 恢复现场 (4) 中断返回 对不同的 I/O 设备具有不同内容的设备服务 中断返回指令 2. 单重中断和多重中断 不允许中断 现行的 中断服务程序 单重 中断 多重 中断 允许级别更高 的中断源 中断 现行的 中断服务程序 中断隐指令完成 进栈指令 出栈指令 程序断点的保护 寄存器内容的保护 5.5 3. 单重中断和多重中断的服务程序流程 中断否？ 保护现场 设备服务 恢复现场 开中断 中断返回 取指令 执行指令 中断服务程序 中断响应 程序断点进栈 关中断 向量地址 PC 中断周期 是 中断返回 保护现场 设备服务 恢复现场 开中断 开中断 开中断 否 取指令 执行指令 中断否？ 否 中断响应 程序断点进栈 关中断 向量地址 PC 中断周期 是 中断服务程序 单重 多重 5.5 主程序和服务程序抢占 CPU 示意 准备工作 准备工作 准备工作 传送数据 传送数据 发中断请求 发中断请求 I/O 宏观 上 CPU 和 I/O 并行 工作 微观 上 CPU 中断现行程序 为 I/O 服务 主程序 继续执行主程序 启动外设 服务程序 （传送数据） 服务程序 （传送数据） 继续执行主程序 CPU 5.5 一、DMA 方式的特点 1. DMA 和程序中断两种方式的数据通路 CPU 主 存 ACC 中断接口 DMA 接口 I/O 设 备 中断方式数据传送通路 输入指令 输出指令 DMA方式数据传送通路 5.6 2. DMA 与主存交换数据的三种方式 (1) 停止 CPU 访问主存 控制简单 CPU 处于不工作状态或保持状态 未充分发挥 CPU 对主存的利用率 主存工作时间 CPU不执行程序 DMA不工作 DMA不工作 DMA工作 CPU控制 并使用主存 DMA控制 并使用主存 t 5.6 (2) 周期挪用（或周期窃取） DMA 访问主存有三种可能 CPU 此时不访存 CPU 正在访存 CPU 与 DMA 同时请求访存 此时 CPU 将总线控制权让给 DMA 主存工作时间 CPU控制 并使用主存 DMA控制 并使用主存 t 5.6 (3) DMA 与 CPU 交替访问 主存工作时间 DMA控制 并使用主存 CPU控制 并使用主存 t CPU 工作周期 C1 专供 DMA 访存 C2 专供 CPU 访存 5.6 DMA接口 主 存 CPU DMA 控 制 逻 辑 中 断 机 构 设备 HLDA AR WC DAR HRQ 中断请求 数据线 地址线 +1 -1 溢出信号 DREQ DACK BR 5.6 二、DMA 接口的组成 * 一、输入输出系统的发展概况 1. 早期 分散连接 CPU 和 I/O 串行 工作 程序查询方式 2. 接口模块和 DMA 阶段 总线连接 CPU 和 I/O 并行 工作 3. 具有通道结构的阶段 4. 具有 I/O 处理机的阶段 中断方式 DMA 方式 5.1 二、输入输出系统的组成 1. I/O 软件 (1) I/O 指令 (2) 通道指令 CPU 指令的一部分 通道自身的指令 指出数组的首地址、传送字数、操作命令 如 IBM/370 通道指令为 64 位 2. I/O 硬件 设备 I/O 接口 设备 设备控制器 通道 操作码 命令码 设备码 5.1 三、I/O 与主机的联系方式 1. I/O 编址方式 (1) 统一编址 (2) 不统一编址 用取数、存数指令 有专门的 I/O 指令 2. 设备选址 用设备选择电路识别是否被选中 3. 传送方式 (1) 串行 (2) 并行 5.1 数据字 命令字 命令字 0 1 1 0 1 0 0 0 起始位 终止位 9.09ms 2× 9.09ms 4. 联络方式 (1) 立即响应 (2) 异步工作采用应答信号 “Ready” “Strobe” I/O 接 口 I/O 设 备 CPU (3) 同步工作采用同步时标 并行 串行 起始位 终止位 9.09ms 2× 9.09ms 5.1 5. I/O 与主机的连接方式 (1) 辐射式连接 (2) 总线连接 外设 Ⅰ 外设 Ⅱ 外设 Ⅲ 主 机 不便于增删设备 每台设备都配有一套 控制线路和一组信号线 便于增删设备 5.1 四、I/O 与主机信息传送的控制方式 1. 程序查询方式 CPU 和 I