CPU响应中断请求后-Read.ppt

第八章 输入输出系统 本章内容： 外围设备的定时方式和信息交换方式 重点介绍程序中断方式、DMA方式、通道方式 介绍通用并行I／O标准接口SCSI 8.1 外围设备的定时方式与信息交换方式 8.1.1 外围设备的定时方式 外围设备的种类有机械式和电动式，也有电子式和其他形式。 其输入信号，可以是数字式的电压，也可以是模拟式的电压和电流。息传输速率来讲，相差也很悬殊。 各种外围设备的数据传输速率相差甚大。如果把高速工作的主机同不同速度工作的外围设备相连接，那么首先遇到的一个问题，就是如何保证主机与外围设备在时间上同步?这就是我们要讨论的外围设备的定时问题。 对这类设备，如机械开关、显示二极管等等，CPU总是能足够快地作出响应。 一旦 CPU 和外设发生同步，它们之间的数据交换便靠时钟脉冲控制来进行。 8.1.2 信息交换方式 在计算机系统中，CPU 管理外围设备也有几种类似的方式。 数据在CPU和外围设备之间的传送完全靠计算机程序控制。 优点:数据传送速度很高，传送速率仅受到内存访问时间的限制。 PPU 基本上独立于主机工作，它的结构更接近一般处理机，甚至就是微小型计算机。 从某种意义上说，这种系统已变成分布式的多机系统。 程序查询方式和程序中断方式适用于数据传输率比较低的外围设备。 8．2 程序中断方式 实际的中断过程还要复杂一些 第一个问题 尽管外界中断请求是随机的，但CPU只有在当前一条指令执行完毕后，即转入公操作时才受理设备的中断请求，这样才不致于使当前指令的执行受到于扰。 第二个问题 为了在中断服务程序执行完毕后，能够正确地返回到原来主程序被中断的断点(PC内容)而继续执行主程序，必须把程序计数器PC的内容，以及当前指令执行结束后CPU的状态都保存到堆栈中去。这些操作叫做保存现场。 第三个问题 当CPU响应中断后，正要去执行中断服务程序时，可能有另一个新的中断源向它发出中断请求。为了不致造成混乱，在CPU的中断管理部件中必须有一个‘中断屏蔽’触发器 第四个问题 中断处理过程是由硬件性和软件结合来完成的。如在图，‘中断周期’由硬件实现，而中断服务程序由机器指令序列实现。 8.2.8 程序中断方式的基本接口 程序中断方式的基本接口如图所示。 接口电路中有一个工作标志触发器 BS，就绪标志触发器 RD，还有一个控制触发器，它叫允许中断触发器 (EI)。 8．2．3 单级中断 1．单级中断的概念 根据计算机系统对中断处理的策略不同，可分为单级中断系统和多级中断系统。在单级中断系统中，所有的中断源都属于同一级，所有中断源触发器排成一行，其优先次序是离CPU近的优先权高。 当响应某一中断请求时，不允许其他中断源再打断中断服务程序，即使优先权比它高的中断源也不能再打断。只有该中断服务程序执行完毕之后，才能响应其他中断。图中所有的I／O设备通过一条线向CPU发出中断请求信号。CPU响应中断请求后，发出中断响应信号INTA，以链式查询方式识别中断源。 2.单级中断源的识别 如何确定中断源，并转入被响应的中断服务程序入口地址，是中断处理首先要解决的问题。在单级个断中，采用串行排队链法来实现具有公共请求线的中断源判优识别。 3．中断向量的产生 开关理论中把若干个布尔量排成的序列定义为布尔向量。由于存储器的地址码是一串布尔量的序列，因此常常把地址码称为向量地址。 当CPU响应中断时，由硬件直接产生一个固定的地址(即向量地址)，由向量地址指出每个中断源设备的中断。显然，每个中断源分别有一个中断服务程序，而每个中断服务程序又有自己的向量地址。当CPU识别出某中断源时，由硬件直接产生一个与该中断源对应的向量地址，很快便引入中断服务程序。向量中断要求在硬件设计时考虑所有中断源的向量地址，而实际中断时只能产生一个向量地址。图8．6中上面部分即为中断向量产生逻辑，它是由编码电路实现的。 有些计算机中由硬件产生的向量地址不是直接地址，而是一个“位移量”，这个位移量加上CPU某寄存器里存放的基地址，最后得到中断处理程序的入口地址。 还有一种采用向量地址转移的方法。假设有8个中断源，由优先级编码电路产生8个对应的固定地址码(例如o，1，2，…，7)，这8个单元中存放的是转移指令，通过转移指令可转入设备各自的中断服务程序入口。这种方法允许中断处理程序放在内存中任何地方，非常灵活。 8.2.4 多级中断 1．多级中断的概念 多级中断系统是计算机系统中有相当多的中断源，根据各中断时间的轻重缓急程度不同而分成若干级别，每一中断级