计算机系统结构第四篇 章 输入输出系统.ppt

第四章 输入输出系统（P208）;4.1 I/O原理 ;输入输出细化 ;I/O系统的特点;4.2 基本输入输出方式(P212);在早期的计算机系统中，一台处理机在一段时间内只管理一台外围设备，处理机利用率非常低。 例如：一个处理机在一段时间内只能管理一台打印机。处理机执行指令的速度为1GIPS，字长32位，打印机每秒钟打印100个字符。计算其处理机利用率。 解：处理机用一条指令就能向打印机传送4个字符。因此，处理机的实际利用率只有： 100/(109×4）= 0.25×10-7，即4千万分之一。 一个处理机管理多台外围设备。处理机采用轮流循环测试方法，分时为各台外围设备服务。 程序控制输入输出方式的优点： 灵活性好。可以很容易地改变各台外围设备优先级。 程序控制输入输出方式的缺点： 实现处理机与外围设备并行工作困难。;中断I/O方式;DMA的特点;DMA的特点;4.3 中断优先级管理(P219);非屏蔽中断请求;8259的中断优先级选择方式有四种： 完全嵌套方式：是一种固定优先级方式，连至IR0设备优先级最高，IR7的优先级最低。这种固定优先级方式对级别低的中断不利，在有些情况下最低级别的中断请求可能一直不能被处理。 轮换优先级方式A：每个级别的中断保证有机会被处理，将给定的中断级别处理完后，立即把它放到最低级别的位置上去。 轮换优先级方式B：要求CPU可在任何时间规定最优优先级，然后顺序地规定其他IR线上的优先级。 查询方式：由CPU访问8259的中断状态寄存器，一个状态字能表示出正在请求中断的最高优先级IR线，并能表示出中断请求是否有效。 8259提供了两种屏蔽方式： 简单屏蔽方式：提供8位屏蔽字，每位对应着各自的IR线。被置位的任一位则禁止了对应IR线上的中断 特殊屏蔽方式：允许CPU让来自低优先级的外设中断请求去中断高优先级的服务程序。当8位屏蔽位的某位置“0”时，例如屏蔽字说明IR4和IR5线上的中断请求可中断任何高级别的中断服务程序;中断类型 中断 通常称为外部中断，它是由CPU的外部硬件信号引发的。 有两种情况 ： 可屏蔽中断：CPU的INTR引脚收到中断请求信号，如果CPU中标志寄存器IF=1时，可引发中断；IF=0时，中断请求信号在CPU???部被禁止。 非屏蔽中断：CPU的NMI引脚收到的中断请求信号而引发的中断，这类中断不能被禁止。 异常 通常称为异常中断，它是由指令执行引发的。有两种情况： 执行异常： CPU执行一条指令过程中出现错误、故障等不正常条件引发的中断。 执行软件中断指令： 如执行INT 0，INT 3，INT n等指令，执行时产生异常中断。 详细分类的话，pentium共有256种中断和异常。每种中断给予一个编号，称为中断向量号(0～255)，以便发生中断时，程序转向相应的中断服务子程序入口地址。 　　 当有一个以上的异常或中断发生时，CPU以一个预先确定的优先顺序为它们先后进行服务。中断优先级分为5级。异常中断的优先级高于外部中断的级，这是因为异常中断发生在取一条指令或译码一条指令或执行一条指令时出现故障的情况下，情况更为紧急。;中断系统的软硬件功能分配;中断的处理过程;四个中断源的中断优先级和屏蔽码;采用改变后的屏蔽码，当D1，D2，D3，D4同时请求服务时， 处理机响应中断源的过程;改变处理机优先级（P232页） 某处理机共有4个中断源D1、D2、D3、D4，它们在串行排队链中的硬件中断优先级从低到高分别为1级、2级、3级、4级。处理机本身的优先级最低，为0级。 在中断源D1、D2、D3、D4的处理机状态字中，程序员为它们设置的优先级分别为4级、3级、2级、1级。; 中断请求 主程序 中断服务程序 D4 D3 D2 D1 D1，D2，D3，D4 时间T;两种方法的比较;4.4 通道处理机(P233);定义：;有一套输入输出功能很强的专用指令系统； 与主处理机共享主存，存放相应的程序和数据； 一个通道可以连接多台外部设备； 主处理机可用启动I/O指令来启动一个通道； 当通道访存与主处理机冲突时，存控部件赋予通道较高的优先权； 通道程序执行完毕自动转入休眠状态，同时向主处理机发出一个特定的中断申请，通知CPU查询该事件。;通道完成一次数据输入输出的过程需三步： (1) 在用户程序中使用访管指令进入管理程序，由CPU通过管理程序 组织一个通道程序，并启动通道； (2) 通道处理机执行CPU为它组织的通道程序，完成指定的数据输入 输出工作； (3)