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第八章 输入输出系统《计算机组成原理》
第八章 输入输出系统;8.1外围设备的定时方式和信息交换方式8.1.1外围设备的速度分级;输入输出设备和CPU交换数据的过程:
输入过程:
CPU把一个地址值放在地址总线上,这一步将选择一个输入设备
CPU等候输入设备的数据成为有效
CPU从数据总线上读入数据,并放在一个相应的寄存器中
输出过程:
CPU把一个地址值放在地址总线上,这一步将选择一个输出设备
CPU把数据放在数据总线上
输出设备认为数据有效,从而把数据取走。;CPU和外围设备的定时,分为三种情况:
慢速外围设备
中速外围设备
高速外围设备;速度极慢或简单的外围设备
对于这类设备CPU总是能足够快地作出响应,也可以说,CPU认为输入的数据一直有效,在这种情况下,CPU只要接受和发送数据就可以了。
常用的有:机械开关,显示二极管等。
机械开关------CPU认为输入数据一直有效;
显示二极管------输出一定准备就绪。;慢速或中速的外围设备
CPU与这类设备之间的数据交换通常采用异步定时方式。
在这种情况下,CPU和外设之间用问答信号进行定时的方式叫做应答式数据交换。;启动;高速外围设备
CPU和这类设备之间通常采用同步定时方式,一旦CPU和外设发生同步,他们之间的数据交换用时钟控制来进行。
1)同步定时方式
CPU以等间隔的速率执行I/O指令。
靠时钟脉冲控制进行。
2)DMA方式;8.1.2 CPU和外围设备之间信息交换的方式;程序查询方式——基本概念;程序查询方式——程序流程图;程序中断方式——基本概念;直接内存访问(DMA)方式——基本概念;通道方式——基本概念;外围处理机方式——基本概念;外围设备的输入/输出方式 ;8.2 程序查询方式;4、程序查询输入/输出方式
CPU和外设的之间的数据传送的过程如下:
(1) 先向I/O设备发出命令字,请求进行数据传送;
(2) 从I/O接口读入状态字;
(3) 检查状态字中的标志,看看数据交换是否可以进行;
(4) 假如这个设备没有准备就绪,则第(2)、第(3)步重复进行,一直到这个设备准备好交换数据,发出准备就绪信号“Ready”为止;
(5) CPU从I/O接口的数据缓冲寄存器输入数据,或者将数据从CPU输出至接口的数据缓冲寄存器。与此同时,CPU将接口中的状态标志复位。
(6) 数据传送;8.3 程序中断方式;中断问题的提出:
在程序查询方式中,CPU和外设的工作是串行的,当CPU和外设交换信息时,就把CPU的控制权交给了该设备,而CPU只能做测试等待,直到外设工作完成。CPU的大部分工作时间被浪费了。
假若CPU在启动外设工作后,设备释放对CPU的控制权使CPU继续工作,当外设工作完成后向CPU发中断请求信号,若CPU响应中断,则停止正在执行的程序,转中断服务程序为该程序服务,这样就能实现CPU和外设并行工作,使CPU的效率充分发挥。;图8.4 中断处理示意图
;图8.5
中断处理过程的详细流程图
;流程图中应注意几点:
1、只有CPU转入公操作时才能接受中断请求
2、需要保存PC,和当前CPU状态
3、在本次中断执行过程中,不能响应新的中断,由“中断屏蔽”控制
4、中断由硬件和软件结合完成;中断功能:
引入中断系统后,可使CPU和I/O设备并行工作,从而大大提高了CPU的工作效率。
利用中断来处理故障,提高了机器的可靠性。
利用中断进行实时处理。实时处理是指在某个事件或现象出现的实际时间内及时地进行处理,而不是积压起来再进行批处理。
利用中断进行人机对话。
实现多道程序的运行,需要借助于中断系统。;8.3.2 程序中断的基本接口;程序中断方式——中断的基本接口;各个触发器的具体功能:
准备就绪标志(RD):一旦设备做好一次数据的接受和发送,便发出一个设备动作完毕信号,使RD标志置“1”。
允许中断触发器(EI):可以用程序指令来置位。EI为1时,某设备可以向CPU发出中断请求;EI为0时,不能向CPU发出中断请求。这意味着某中断源被禁止。;中断请求触发器(IR):暂存中断请求线上由设备发出的中断请求信号。当IR为“1”时,表示设备发出了中断请求。
中断屏蔽触发器(IM):是CPU是否受理中断或批准中断的标志。IM为“0”时,CPU可以受理外界的中断请求,反之,CPU 不受理外界的中断。;程序中断方式——中断的基本接口;8.3.3 单级中断;哦拂源基叭决千轴择睁毁顽求启腕醉雌霓蝎昼鸟丑忆误鹅蛋淬续檬剑膳府第八章 输入输出系统《计算机组成原理》第八章 输入输出系统《计算机组成原理》;中断源的识别:串行排队链法
IR1,IR2,IR3为中断请求信号
IS1,IS2,IS3为中断选中信号
INTI
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