I-O接口及总线.ppt

本讲内容 I/O接口 程序查询I/O方式 程序中断I/O方式 直接存储器访问(DMA) I/O方式 I/O通道 总线 本讲内容 I/O接口 程序查询I/O方式 程序中断I/O方式 直接存储器访问(DMA) I/O方式 I/O通道 总线 1.1 I/O接口 外部设备并不直接挂接在系统总线上,而是通过I/O接口最为桥梁实现与系统总线的连接 各种外设使用不同的操作方法，由CPU来直接控制不同的外设不切实际。 外设的数据传送速度比存储器和处理器的速度慢得多，使用高速的系统总线与慢速的外设直接连接，不切实际。 外设经常使用与处理器不同的数据格式和字长度。 1.1 I/O接口 I/O接口的功能 识别I/O地址，即地址译码； 实现主机与I/O设备的数据交换、控制命令的传递和状态检测与传递； 提供缓冲、暂存和驱动能力； 进行数据格式、类型方面的转换（串并行转换，电平转换等）； 支持一定的I/O方式（程序查询、程序中断、DMA等）； I/O控制与定时 I/O接口的分类 按传送数据格式：串行接口，并行接口 串行接口适合速度低、传输距离长的环境 并行接口适合速度高、传输距离短的环境 按I/O方式：程序查询接口、中断接口、DMA接口、通道控制接口 按时序控制方式：同步接口、异步接口 同步接口：数据传送由一个统一的时钟信号同步控制 异步接口：数据传送采用异步应答方式控制 1.1 I/O接口 I/O操作的过程（从外设到处理器的过程） 处理器查询I/O接口状态，以检查连接设备的状态； I/O接口回送设备状态； 如果设备可用，并准备好，CPU向I/O接口发出命令，请求传送； I/O接口获得来自外设的数据（字或字节）； 数据从I/O接口传送自CPU。 I/O设备的编址 I/O设备的编址＝I/O接口的编址 编址方式 独立编址方式：存储器地址与I/O地址分开，CPU具有专用的I/O指令，系统总线中具有区别存储器读写和I/O操作的控制信号，并以此区别地址总线上的地址是存储器地址还是I/O地址。 统一编址方式：存储器地址与I/O地址统一考虑，地址空间的一部分是存储器，另一部分是I/O，支持存储器操作的指令都可用于I/O操作。 I/O地址（I/O接口地址, I/O端口地址）：实际上是I/O接口电路中寄存器的地址。 1.1 I/O接口 I/O接口的结构 1.1 I/O接口 I/O接口地址选择（译码） I/O接口地址是I/O接口电路中寄存器的地址 单独编址方式下的I/O地址选择电路 I/O接口 程序查询I/O方式 程序中断I/O方式 直接存储器访问(DMA) I/O方式 I/O通道 总线 2.1 程序查询I/O方式 I/O接口设置状态寄存器以表示外部设备的工作状态 CPU通过不断读取状态寄存器以查询外部设备的状态 在外部设备准备就绪的时候，CPU通过I/O接口中的数据寄存器与外设完成数据交换。 2.1 程序查询I/O方式 程序查询I/O接口的基本组成 Status Register Data Register（Input Register， Output Register） Address Selected Logic Bus Interface Logic 程序查询I/O方式的特点 I/O操作由CPU直接完成（通过执行I/O指令完成） 外设速度慢，CPU速度快，在外设准备过程中，CPU处在不断的查询之中，CPU的效率得到了极大的浪费。 外设与CPU完全串行工作。 I/O接口 程序查询I/O方式 程序中断I/O方式 直接存储器访问(DMA) I/O方式 I/O通道 总线 3.1 程序中断I/O方式 中断的概念 机器出现了一些紧急事务，CPU不得不停下当前正在执行的程序，转去处理紧急事务，当紧急事务处理完后，继续执行被中断的程序。 中断是随机的； 主程序：被中断的程序； 中断服务子程序：处理中断事务的程序； 中断源与中断编码 中断向量：中断服务子程序的入口地址； 中断向量表：保存所有中断向量的内存区域 中断的分类 非屏蔽中断与可屏蔽中断 程序中断与简单中断 硬中断与软中断（软中断不是真正的中断） 3.1 程序中断I/O方式 中断申请 中断源提出中断申请； 中断控制器接受中断源的申请； 根据一定的排优策略将中断申请传递给CPU。 中断的排优 固定排优电路 可编程 中断响应 条件：当前执行的程序允许被中断（即中断允许标志位为允许中断），非屏蔽中断不受中断允许标志位的限制。 时间：当前指令执行完后，才能相应中断 在允许中断的前题下，每条机器指令的执行周期中实际上包含一个中断周期。 3.1 程序中断I/O方式 中断处理 保护现场：当前程序计数器的值和程序状态字入栈； 获取中断向量：根据中断编码从中断向量表中获取中断向量； 转移到中断服务子程序 执行中断服务子程序 中断返回：恢复现