计算机组成原理课件CCP7输入输出系统4章节幻灯片.pptVIP

第七章 输入 输出系统 7.1 输入输出系统概述 7.3 程序中断方式 7.4 DMA方式 7.2 程序查询方式 7.4 DMA方式 7.4.1 基本概念 1、定义 DMA(Direct Memory Access,直接存储器访问)是一种完全由硬件执行I/O交换的工作方式. 在这种方式中,DMA控制器从CPU完全接管对总线的控制,数据交换不经过CPU,不需要CPU暂停现行程序为设备服务,而直接在内存和I/O设备之间进行. DMA方式一般用于高速传送成组数据. 2、DMA和中断的区别 (1) 中断是程序切换,需要保护和恢复现场;而DMA方式除了开始和结束时,不占用CPU的任何资源； (2) 对中断请求的响应时间只能发生在每条指令执行完毕时;而对DMA请求的响应时间可以发生在每个机器周期结束时; 取指令 取源操作数 取目的操作数 执行 图7.24 两种请求的响应时刻比较 DMA断点 中断断点 2、DMA和中断的区别 (3) DMA请求的优先级高于中断请求； (4) 程序中断具有实时处理异常事件的能力,而DMA方式仅用于实现外设与主存之间的数据块传送. (5) 中断传送过程需要CPU的干预;而DMA方式传送过程不需要CPU的干预,所以数据传送速率高,适合于高速外设的成组数据传送. 7.4.2 DMA接口(DMA控制器DMAC) 1、DMA控制器的功能 (1) 接受外设发出的DMA请求,并向CPU发出总线请求; (2) 当CPU响应总线请求并发出总线响应信号后,接管对总线的控制,进入DMA操作周期; (3) 确定传送数据的主存单元地址及传送长度,并能自动修改主存地址计数器和传送长度计数器; (4) 规定数据在主存与外设之间的传送方向,发出读写或其他控制信号,并执行数据传送的操作; (5) 向CPU报告DMA操作的结束. 7.4.2 DMA接口(DMA控制器DMAC) 2、DMA控制器的基本组成 (1)寄存器组:四个主要寄存器 ① 主存地址计数器:存放待交换数据的主存地址.其初值为主存缓冲区首地址,当DAM传送时,每传送一个数据,地址计数器加1,直到这批数据传送完为止; ② 字计数器:纪录传送数据块的长度.初始时将待传送的字数或字节数求补后送计数器,每传送一个字或一个字节,计数器加1,当计数器溢出时,表示数据传送完毕; ③ 数据缓冲寄存器:暂存放每次传送的数据; ④ 外围设备地址寄存器:存放I/O设备的设备码或表示设备信息存储区的寻址信息； 7.4.2 DMA接口(DMA控制器) 2、DMA控制器的基本组成 (2) 控制/状态逻辑:由状态标志和控制逻辑电路组成,发出各种控制信号,用于指定传送方向、修改主存地址计数器和字计数器、并对DMA请求信号和CPU响应信号进行协调同步; (3) DMA请求触发器:每当外设准备好数据后给出一个控制信号,使DMA触发器置位; (4) 中断机构:当一个数据块传送完毕后触发中断机构,向CPU提出中断请求,CPU将进行DMA传送的结尾处理. 一个简单的 DMA控制器如图7.25所示: 系统总线 内存 CPU MAR MDR 中断机构 控制/状态逻辑 内存地址计数器 字计数器 数据缓冲寄存器 设备选择 0 1 DMA请求 触发器 HOLD(总线请求) HLDA (总线响应) ③ ④ DMA响应 DMA请求 ② ⑤ ⑨ +1 +1 ⑩ 溢出信号 ⑾ 中断请求 地址线 ⑧ 数据线 设 备 数据 ⑦ ① 7.25 简单的DMA控制器组成框图 ⑧ ⑥ DMAC 返回 2、DMA控制器的数据传送过程 DMA的数据传送过程分为3个阶段:DMA传送前的预处理、数据传送和传送后的结束处理,如图7.26(a)所示. (1) 传送前的预处理 需要CPU来完成(软件方式): CPU在对DMA控制器编程,实施必要的初始化操作: 测试外设的状态; 设置数据的传送方向; 设置主存起始地址; 设置数据传输个数; 向DMA设备地址寄存器送入设备号,并启动外设. 2、DMA控制器的数据传送过程 之后,CPU 继续执行原程序,在外设准备好发送的数据(输入)或接收的数据(输出)已经处理完毕,外设向DMA 控制器发出DMA 请求,进入下一阶段----数据传送. (2) 数据传送 DMA数据传送流程图示于图7.26(b).下面以外设将一个数据块写入主存的操作为例,简述DMA的数据传送过程(结合图7.25)： ① 外设给出一个控制信号使D