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第九章 输入/输出系统;一、 输入输出系统功能与组成;1、接口与主机的连接;
CPU;2、接口的基本功能;3、接口的分类;?按主机访问I/O设备的控制方式分类,可以分为:程序控制的输入输出接口,程序中断输入输出接口和直接存储器存取(DMA)接口,以及更复杂一些的通道控制器、I/O处理机。
?按功能选择的灵活性分类,有可编程接口和不可编程接口。可编程接口的功能及操作方式可以由程序来改变或选择,用编程的手段可使一块接口芯片执行多种不同的功能。不可编程接口则不能由程序来改??其功能,只能用硬连线逻辑来实现不同的功能。
?按通用性分类有通用接口和专用接口。通用接口是可供多种外设使用的标准接口,专用接口是为某类外设或某种用途专门设计的接口。;4、外设的寻址方式 ;5.主机与外设的信息传送;二、I/O方式概述;?一种早期计算机采用的输入/输出方式
?数据在计算机和外围设备之间的传送全部靠计算机程序 控制 。
?计算机执行输入/输出指令时,先获取外设状态,并根据外设
的状态决定下一步操作
?优点:
计算机和外围设备之间能够同步,控制简单,硬件简单
?缺点:
CPU的大量时间用来查询外设的状态
?应用场合
单片机控制系统; ? 当外设准备好后,主动通知CPU并进行接收或输出数据的方法
?CPU接到外设的通知后暂停现行的工作,转入中断服务程序,
和外设交换数据,等中断程序处理完毕后,再返回到被中断的原
程序中继续以前被暂停的工作
?优点:
节约CPU时间,实时性好。
?缺点:
控制电路相对复杂,服务开销较大(现场和断点的保护)。
?应用场合:
实时性要求很高,且数据传输量又不大的场合。; ;5) 通道和外围处理机方式;I/O控制方式;三、程序查询方式;2、设备状态字组成及其意义;3、程序查询方式的接口;四、程序中断;2、中断的作用;3、中断的类型;1)自愿中断是出于对计算机系统管理的需要而设置的。如用户调试软件、检查程序、调用外部设备、进入管态等。
2)异常
发生在处理器执行一条指令时,检测到一个出错条件时发生,处理器可以检测到各种出错条件,包括违反保护机制、页错误以及机器内部错误。;3)异常分类
? Fault是一种可被纠正的异常,且纠正程序可继续运行。当出现一个Fault,处理器会把机器状态恢复到产生Fault的指令之前的状态。此时异常处理程序的返回地址会指向产生Fault的指令,而不是其后面一条指令。因此在返回后产生Fault的指令将被重新执行。如虚拟存储器中的缺页异常。;?? Trap是一个引起陷阱的指令被执行后立刻会报告的异常。Trap也能够让程序或任务连贯地执行。Trap处理程序的返回地址指向引起陷阱指令的随后一条指令,因此返回后会执行下一条指令。
? Abort是一种不会总报告导致异常指令精确位置的异常,并且不允许导致异常的程序重新继续执行。Abort用于报告严重错误,例如硬件错误以及系统表中存在不一致性或非法值。;4、中断优先级和中断屏蔽; ;?单级中断结构图及其外设的中断优先级; ;?一维多级中断结构;?二维多级中断结构及外设中断优先级;7、中断优先级的进一步解释;例 1 单级中断的响应优级和处理优先级;?响应优先级:A、B、C
?处理优先级:A、B、C;;;;;;8、中断处理的过程;;;;;;;2)多级中断响应的过程;3)中断隐指令及其作用;4)中断识别的基本方法;(2)程序识别法:软识别;(3)中断向量法;?80X86的中断向量表(00000H-03FFH);(4)硬件查询法;;(5)独立请求排队法;topolgy;topolgy;11、通过中断从外设输入数据的中断请求与响应过程;12、程序中断I/O方式和程序查询I/O方式的比较 ;五、 DMA方式;4、DMA的基本操作;a)停止CPU访问内存方式;b)周期挪用;c) DMA与CPU交替使用内存;5、DMA控制器的基本组成;?数据缓冲寄存器:;?控制/状态逻辑;topolgy;?传送后处理;7、选择型和多路型DMA控制器;b)多路型DMA控制器;topolgy;五、通道方式;1、通道的结构;?I/O系统的四级连接:
CPU和内存 ----- 通道 -------- 设备控制器 ----外围设备;?存储管理部件:
控制CPU与多个通道对内存的访问。通道的优先级高于CPU的优先级。;?根据CPU的要求,组织设备与系统的连接;
?通过通道控制器向设备发出操作控制命令;
?指出数据在设备中和在内存中的位置;
?检查设备和设备控制器的状态,并向CPU反馈设备及控制器的状
态信息;
?进行必要的数据格式转换。;3、CPU对通道的管理;;c)数组多路通道
?物理上连接多个
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