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第八章输入输出系统8.1外围设备的速度分级和信息交换方式8.2程序查询方式8.3程序中断方式8.4DMA方式8.5通道方式8.6通用I/O标准接口多种多样的外设工作原理不同机械、电子、机电、电磁……传送信息类型多样数字量、模拟量、开关量传送速度差别极大传送方式不尽相同串行、并行编码方式不同二进制、BCD码、ASCII码……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，如何保证主机与外围设备在时间上同步?1.速度极慢或简单的外围设备不需要CPU和外设之间的时间同步！2.慢速或中速的外围设备采用异步定时方式外设有“准备就绪”状态位；CPU查询状态位，就绪时就读走；应答式数据交换。3.高速的外围设备采用同步定时方式CPU和外设之间的数据交换由时钟脉冲控制。8.1.2信息交换方式[例子]假设幼儿园一个阿姨带10个孩子，要给每个孩子分4块水果糖。假设孩子们都应把4块糖都吃完，那么她采用什么方法呢?方法1：她先给孩子甲一块糖，盯着甲吃完，然后再给第二块，等吃完第二块又给第三块，吃完第三块又给第四块。接着给孩子乙，其过程与孩子甲完全一样。依次类推，直至到第10个孩子发完四块糖。看来这种方法效率太低，重要之点还在于孩子们吃糖时她一直在守候，什么事也不能干。(程序查询方式)方法2：每人发一块糖各自去吃，并约定谁吃完后就向她举手报告，再发第二块。看来这种新方法提高了工作效率，而且在未接到孩子们吃完糖的报告以前，她还可以腾出时间给孩子们改作业。但是这种方法还可以改进。(程序中断方式)方法3：进行批处理：每人拿4块糖各自去吃，吃完4块糖后再向她报告。显然这种方法工作效率大大提高，她可以腾出更多的时间改作业。(直接内存访问(DMA)方式)方法4：权力下放，把发糖的事交给另一个人分管，只是必要时她才过问一下。(通道方式)1.程序查询方式2.程序中断方式外设输入或输出数据就绪时，主动通知CPU。CPU如何响应中断请求，暂停现行程序，保护好“断点”；转“中断服务程序”，完成对外设的读或写；再回到原程序，继续执行。3.直接内存访问(DMA)方式外设控制器(接口卡)中有DMA控制器和CPU分时使用总线；数据交换不经过CPU，而直接在内存和外围设备之间进行。4.通道方式通道是专用于I/O的处理器，也称IOP。实现对外围设备的统一管理和外围设备与内存之间的数据传送。进一步减少CPU参与I/O过程。8.2程序查询方式CPU需要先了解（查询）外设的工作状态，然后在外设可以交换信息的情况下（就绪）实现数据输入或输出对多个外设的情况，按顺序依次查询（轮询）8.2.1设备编址用程序实现输入/输出的数据传送，外围设备有两种不同的编址方法。统一编址：外设和内存一起编排地址。可用访内指令访问I/O设备。外设不需要专用的指令组。单独编址：内存地址和I/O设备地址是分开的，访问内存和访问I/O设备使用不同操作码的指令。8.3程序中断方式中断屏蔽：CPU中可设置中断屏蔽寄存器，“挡住”中断请求。“关中断”：中断屏蔽标志置“1”，屏蔽所有中断请求；“开中断”：中断屏蔽标志置“0”，允许所有中断请求。8.3.2程序中断方式的基本接口程序中断由外设接口的状态和CPU两方面来控制：在接口方面，有决定是否向CPU发出中断请求的机构，主要是接口中的“准备就绪”标志(RD)和“允许中断”标志(EI)两个触发器；在CPU方面，有决定是否受理中断请求的机构，主要是“中断请求”标志(IR)和“中断屏蔽”标志(IM)两个触发器。BS外设接口忙（BuSy）标志中断分类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。单级中断:所有中断源属于同一级，当响应某中断请求时，不允许其他中断源打断当前中断服务程序。离cpu最近中断优先级最高。多级中断：优先级高的中断请求可打断已在运行的其他中断源的中断服务程序。8.3.3单级中断各中断源有优先级的差别离CPU近的优先权高，存在一个由硬件决定的响应优先级。当多个中断源请求时，CPU选择优先级最高的予以响应。中断向量中断向量指示中断服务程序的入口。例：某中断源的中断服务程序的起始地址(即入口)是地址001011，则中断向量为001011。若采用基址寻址，向量地址只是偏移量，位移量加基地址得到中断处理程序的入口地址。8.2.4多级中断优先级高的中断请求可打断已在运行的其他中断源的中断服务程序。一维多级中断二维多级中断中断响应顺序和中服完成顺序硬件决定响