输入输出系统

输入输出系统大连理工大学软件学院赖晓晨大连理工大学软件学院赖晓晨第五章输入输出系统概述外部设备I/O接口程序查询方式程序中断方式DMA方式第2页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨5.1概述一、输入输出系统的发展概况，共经历4个阶段：早期阶段接口模块和DMA阶段通道阶段I/O处理机阶段第3页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨1、早期阶段CPU和外设分散连接、串行工作、耦合性强，机器速度慢、价格高。while(busy==1);Dosomething主存CPUI/O设备外设工作在查询模式下。第4页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨2、接口模块与DMA阶段具有总线模式，主机通过各种接口连接外设，具有中断或DMA功能。主机接口I/O设备接口I/O设备接口I/O设备设备寻址速度匹配格式转换电平转换内存第5页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨2、接口模块与DMA阶段具有总线模式，主机通过各种接口连接外设，具有中断或DMA功能。主机接口I/O设备接口I/O设备接口I/O设备设备寻址速度匹配格式转换电平转换内存多个DMA控制器同时访问主存可能冲突；CPU管理众多DMA控制器，任务繁重。第6页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨3、通道结构通道是用来负责管理I/O设备以及实现主存与I/O设备之间交换信息的部件，可视为从属于CPU的专用处理器。通道具有专门指令，能独立执行由通道指令编写的输入输出程序。第7页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨3、通道结构通道是用来负责管理I/O设备以及实现主存与I/O设备之间交换信息的部件，可视为从属于CPU的专用处理器。通道具有专门指令，能独立执行由通道指令编写的输入输出程序。通道并不能完全把CPU解放出来，CPU还要进行诸如码制转换之类的工作。第8页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨4、外围处理机外围处理机又称为I/O处理机，独立于主机工作，除了具备通道功能之外，还具备码制转换、格式处理、数据校验等功能。第9页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨查询外设外设外设第10页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨中断外设外设外设第11页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨DMA外设外设外设DMA第12页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨通道外设外设DMA通道第13页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨外围处理机外设外设DMA外围处理机第14页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨二、输入输出系统的组成I/O软件I/O指令：CPU指令操作码：I/O指令标志命令码：指令功能，读、写、检测、控制命令设备码：地址码通道指令：通道自身的指令，用于执行I/O操作，存放于主存，由通道执行，完成输入输出功能在具有通道的计算机中，I/O指令不负责数据输入输出，而主要完成启停设备、通道控制，实际数据传输由通道完成。操作码命令码设备码操作码地址码第15页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨二、输入输出系统的组成I/O硬件：通道->设备控制器->设备第16页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨三、I/O设备与主机的联系方式I/O设备编址方式统一编址：I/O占用存储器地址空间，无须专门的I/O指令。减少了存储器最大容量。独立编址：I/O地址与存储器地址分开，采用专门指令来访问I/O。不占用主存容量。设备寻址每台设备都有设备号，启动设备时，由I/O指令的设备码字段直接指出设备号，经接口中的设备选择电路选中设备。操作码命令码设备码第17页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨三、I/O设备与主机的联系方式传送方式并行：多位同时传送，需要多条数据线，速度快。串行：一条数据线和一条地线，逐位传送，速度慢，适用于远距离传送。联络方式立即响应式：简单的外设，例如指示灯、继电器等设备，随时处在待命状态，只要收到CPU的信号，立刻做出响应。第18页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨三、I/O设备与主机的联系方式联络方式异步工作采用应答信号联络同步工作采用同步时标联络：要求外设与

CPU的工作速度完全一致“Ready”“Strobe”I/O接口I/O设备CPU第19页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨三、I/O设备与主机的联系方式I/O设备与主机的连接方式辐射式：每台设备都配有一套控制线路和 一组信号线总线式： 便于增删设备外设Ⅰ外设Ⅱ外设Ⅲ主机第20页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨四、I/O设备与主机信息传送控制方式I/O设备与主机信息传送的控制方式如下：程序查询方式中断方式DMA方式通道方式外围处理机方式第21页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨1、程序查询方式CPU和I/O串行 工作，I/O工作 时CPU原地踏步。从I/O接口中读一个字到CPU从CPU向主存写入一个字CPU读I/O状态检查状态完成否未准备就绪是出错已准备就绪否第22页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨2、中断方式CPU和I/O部分并行工作，在中断服务子程序中完成数据的传送。第23页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨CPU向I/O发读指令CPU读I/O状态检查状态完成否？CPU做其他事情I/O设备工作准备就绪CPUI/O从CPU向主存写入一个字CPU主存从I/O接口中读一个字到CPUI/OCPU中断请求I/OCPU出错是否未错第24页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨CPU向I/O发读指令CPU读I/O状态检查状态完成否？CPU做其他事情I/O设备工作准备就绪CPUI/O从CPU向主存写入一个字CPU主存从I/O接口中读一个字到CPUI/OCPU中断请求I/OCPU出错是否未错中断程序消除了CPU原地踏步的情况，但是，CPU在响应中断请求后，必须暂停现程序，转而去执行中断服务子程序，消耗了CPU资源，并且，中断处理过程是有开销的。第25页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨3、DMA方式在主存和I/O之间建立数据传送的直接通道，由DMA控制器来完成信息传送，不需要中断CPU的运行。进一步提高了CPU和I/O的并行程度。CPU周期窃取第26页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨存取周期结束CPU执行现行程序CPU执行现行程序DMA请求启动I/OI/O准备I/O准备一个存取周期实现I/O与主存之间的传送CPU

执行现行程序CPU查询等待并传输I/O数据CPU

执行现行程序启动I/OI/O准备及传送指令执行周期结束CPU执行现行程序CPU执行现行程序启动I/O中断请求I/O准备I/O准备CPU处理中断服务程序实现I/O与主机之间的传送间断启动I/O启动I/OI/O准备中断请求启动I/OI/O准备一个存取周期DMA请求程序查询方式程序中断方式DMA方式I/O准备及传送间断I/O准备I/O准备第27页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨5.2I/O设备计算机中除主机外的其余部分，称为外部设备（I/O设备、外设）主机设备控制器机、电磁、光部分I/O接口外部设备第28页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨外设分类分为三类人机交互设备：键盘、鼠标、打印机、显示器。。。信息存储设备：磁盘、光盘、磁带。。。机--机通信设备：调制解调器、A/D、D/A。。。第29页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨第30页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨键盘键盘输入信息流程：按键、判断按下哪个键、得到按键ASCII码按键确认：图5.15，带有只读存储器的编码键盘原理软件判断按键：行列反转法按键去抖软件方法硬件方法第31页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨显示器按显示设备所用的显示器件分类

CRT-阴极射线管(cathoderaytube)显示器

LCD-液晶显示器(liquidcrystaldisplay)PDP-等离子显示器(PlasmadisplayPanel)。按所显示的信息内容分类字符显示器、图形显示器和图像显示器。按显示设备的功能分类普通显示器、显示终端两大类第32页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨阴极射线管（CRT）显示器第33页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨CRT显示器参数第34页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨平板显示器平板显示器(FPD)：一般是指显示器的深度小于显示屏幕对角线1/4长度的显示器件。分类：有液晶显示(LCD)、等离子体显示(PDP)、场发射显示(FED)、电致发光显示(ELD)等。特点：LCD本身不发光，靠调制外光源实现显示，其余各类显示均自身发光。第35页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨液晶显示器（LCD）液晶是液态晶体的简称，它是一种有机化合物。具有明显的光学各向异性，它本身不发光，但能够调制外照光实现信息显示，使用时需要背光源。液晶显示具有低工作电压、微功耗、体积轻薄，易于实现大画面显示，显示色彩优良等特点。应用领域薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)发展方向－超薄、高亮、宽视角第36页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨LCD显示器参数第37页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨等离子（PDP）显示器等离子体显示利用惰性气体在一定电压作用下产生气体放电现象而实现的一种发光型平板显示技术。彩色PDP技术与荧光灯显示原理相同，利用气体放电产生紫外线，紫外线激发光致荧光粉，荧光粉发射可见光，使用三基色荧光粉实现红、绿、蓝三色，并使每基色单元实现256级灰度，再进行混色达到彩色显示的目的。第38页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨PDP显示器特点易于实现大面积显示(可达70英寸)。全色显示。利用红、绿、蓝三基色，可实现256级灰度和2563种颜色。色纯度与CRT相当。视角达160°，在所有显示技术中最佳。寿命长(3万小时)。需要在功耗、发光效率、对比度方面进行改进，像素的间距有待进一步缩小。价格高第39页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨第40页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨路明经典案例第41页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨显示技术中的相关概念图形(graphics)

指由线和面构成的，没有亮暗层次变化的线条图，如建筑、机械所用的工程设计图、电路图等。早期的图形显示和处理只是局限在二值化的范围，只能用线条的有无来表示简单的图形。图像(image)

指由象素描绘的，具有亮暗层次的图。自然界的图像经计算机处理后显示的图像称作数字图像，就是将图片上连续的亮暗变化变换为离散的数字量，并以点阵列的形式显示输出。第42页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨photoshop第43页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨几个研究热门领域数字水印易损数字水印、鲁棒数字水印图像水印、音频水印、视频水印、文本水印以及用于三维网格模型的网格水印模式识别模式识别(PatternRecognition)是指对表征事物或现象的各种形式的(数值的、文字的和逻辑关系的)信息进行处理和分析,以对事物或现象进行描述、辨认、分类和解释的过程,是信息科学和人工智能的重要组成部分。指纹识别、人脸识别、虹膜识别、人耳识别第44页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨分辨率和灰度级分辨率和灰度级决定了所显示图的质量象素pixels

在显示屏幕上，图形和图像都是由称作像素的光点组成的。分辨率resolution

显示设备所能表示的像素个数，即光点的个数。

取决于荧光粉的粒度，屏的尺寸和电子束的聚焦能力。灰度级graylevel

所显示像素点的亮暗差别，在彩色显示器中则表现为颜色的不同。第45页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨刷新和帧存储器视觉暂留与余晖效应刷新refresh

为了使人眼能看到稳定的图像，就必须在图像消失之前使电子束不断地重复扫描整个屏幕。每秒刷新的次数称刷新频率或扫描频率。视频存储器VRAM

不断提供刷新图像的信号，必须把图像存储起来，存储图像的存储器叫“帧存储器”或“视频存储器”。VRAM的容量由图像分辨率和灰度级决定。第46页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨随机扫描和光栅扫描电子束在荧光屏上按某种轨迹运动称为扫描，控制电子束扫描轨迹的电路叫扫描偏转电路。扫描方式有两种，随机扫描和光栅扫描。随机扫描是控制电子束在CRT屏幕上随机地运动，从而产生图形和字符。电子束只在需要作图的地方扫描，而不必扫描全屏幕，所以这种扫描方式画图速度快，图象清晰。光栅扫描是电视中采用的扫描方法。在电视中，要求图像充满整个画面，因此要求电子束扫过整个屏幕。光栅扫描是从上至下顺序扫描，采用逐行扫描和隔行 扫描两种方式。第47页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨汉字处理技术汉字编码标准国家技术监督局公布国家标准：GB2312-80《信息交换用汉字编码字符集——基本集》，收集了常用汉字6763个，其中一级汉字3755个。第48页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨汉字的输入方法键盘输入方式汉字编码可归纳成音码、形码和音形码语音输入方式：手写输入方式印刷体扫描识别第49页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨汉字内码用于汉字信息的存储、交换、检索等的机内代码内码比字形点阵码占用空间少，一般用两个字节就可以表示汉字。汉字内码表示有许多种，要考虑的因素： 码位尽量短；表示的汉字要足够多；码值要连续有序，以便于操作运算。汉字的存储第50页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨字形码也称字模码，目前计算机显示器和打印机都用点阵表示汉字字形代码，它是汉字的输出形式。根据输出汉字的要求不同，点阵的多少也不同。字模点阵的信息量是很大的，所占存储空间也很大。只能用来构成“字库”，而不能用于机内存储。汉字字形最初就是采用上述的点阵字形，为了提高字形质量，以后开始采用矢量表示，继而采用轮廓曲线，或同时采用矢量和曲线来表示数字和拼音字母第51页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨字模举例第52页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨字模举例信息存储量？第53页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨输出设备——打印机打印输出是计算机系统最基本的输出形式，可将打印在纸上的信息长期保存。人们将一切可以产生永久性记录的设备统称为硬拷贝设备，如打印机、绘图机、静电印刷机以及纸带穿孔机、卡片穿孔机等。打印机的分类印字原理－击打式/非击打式工作方式－串行打印机/行式打印机图形/图像打印机，黑白/彩色打印机打印机部分内容请大家自己阅读第54页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨结构打印头字车输纸机构色带机构控制器

针式打印机第55页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨激光打印机激光打印机工作步骤带电曝光显影(显像)转印定影(固定)清除残像打印速度：每分钟输出的页数(pagesperminute，简称PPM)。

印字分辨率：每英寸象素点个数表示

(DotsperInch,DPI)第56页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨第57页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨第58页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨喷墨打印机连续式喷墨打印机 墨水回收机制，图5.25随机式喷墨打印机工作原理 系统供给的墨滴只在需要印字时才喷出第59页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨5.3I/O接口接口可以看做两个系统或部件之间的交接部分，它既是两种硬件设备之间的连接电路，也可以看做两个软件之间的共同逻辑边界。主机设备控制器机、电磁、光部分I/O接口外部设备第60页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨一、为什么要采用I/O接口实现设备的选择实现数据缓冲，达到速度匹配实现数据串--并格式转换实现电平转换传送控制命令反映设备的状态（“忙”、“就绪”、“中断请求”）第61页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨二、接口的功能与组成总线连接方式的I/O接口电路设备选择线数据线命令线状态线I/O接口设备I/O接口设备数据线命令线状态线I/O总线设备选择线第62页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨I/O接口的基本组成命令寄存器和命令译码器设备选择电路设备状态标记数据缓冲寄存器DBR控制逻辑电路I/O接口外部设备数据线命令状态数据线命令线状态线CPU地址线第63页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨三、接口类型按数据传送方式并行接口：intel8255串行接口：intel8251按功能选择的灵活性分类可编程接口：intel8255、intel8251不可编程接口：intel8212第64页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨三、接口类型按通用性分类通用接口：intel8255、intel8251专用接口：intel8279、intel8275按数据传送的控制方式分类中断接口：intel8259DMA接口：intel8257第65页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨5.4程序查询方式一、程序查询流程检查状态标记1设备1准备就绪？检查状态标记N设备N准备就绪？…处理设备1是否否处理设备N是1.查询流程检查状态标记交换数据准备就绪?是否单个设备多个设备测试指令转移指令传送指令第66页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨二、程序流程设置主存缓冲区首址设置计数值启动外设传送一个数据修改主存地址修改计数值结束I/O传送准备好？传送完？未完是完否传送一个数据块第67页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨②设备选择电路DBRQQ&数据线准备就绪启动命令地址线SEL输入数据启动设备设备工作结束①③④⑤⑥DB①②③⑤1010④以输入为例⑥三、查询方式的接口电路CPU端外设端第68页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨5.5程序中断方式计算机在执行程序的过程中，当出现异常情况或特殊请求时，计算机停止现行程序的运行，转向对这些异常情况或特殊请求的处理，处理结束后再返回到现行程序的间断处，继续执行原程序，这就是中断。第69页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨二、中断的产生发中断请求空闲接收数据接收数据准备发中断请求打印打印打印机执行主程序继续执行主程序继续执行主程序响应中断中断返回响应中断中断返回启动打印机传送数据传送数据CPU以打印机为例第70页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨三、中断接口电路DQ&1INTR中断请求触发器INTR=1有请求MASK中断屏蔽触发器MASK=1被屏蔽来自CPU的中断查询信号受设备本身控制INTRDMASKQD完成触发器中断请求配置中断请求触发器和中断屏蔽触发器第71页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨三、中断接口电路DQ&1INTR中断请求触发器INTR=1有请求MASK中断屏蔽触发器MASK=1被屏蔽来自CPU的中断查询信号受设备本身控制INTRDMASKQD完成触发器中断请求配置中断请求触发器和中断屏蔽触发器允许男同学提问：中断屏蔽触发器通过写纸条提问：中断请求触发器讲话间歇我会查看是否有纸条外设CPU某外设发出中断请求我们开始上课啦~~~第72页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨INTP1´INTP2´INTP3´INTP4´INTR1INTR2INTR3INTR41&1&1&1&INTR1设备1#、2#、3#、4#

优先级按降序排列INTRi

=1有请求即INTRi=0排队器INTR1INTP1INTR2INTP2INTR3INTP3INTR4INTP4链式排队器010011第73页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨3、中断向量地址形成部件入口地址…向量地址(中断向量号)…排队器输出由软件产生硬件向量法

显示器服务程序

打印机服务程序JMP400JMP300JMP200…………主存121314200300向量地址入口地址入口地址中断向量地址形成部件设备编码器0100…00001100详见第八章由硬件产生向量地址进而找到入口地址第74页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨设备选择电路DBR

DQ&数据线启动命令地址线SEL输入数据启动设备设备工作结束&1QQDINTRBQQMASK

设备编码器排队器中断查询来自高一级的排队器至低一级的排队器向量地址中断响应INTA中断请求命令译码4.程序中断方式接口电路的基本组成第75页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨设备选择电路DBR

DQ&数据线启动命令地址线SEL输入数据启动设备设备工作结束&1QQDINTRBQQMASK

设备编码器排队器中断查询来自高一级的排队器至低一级的排队器向量地址中断响应INTA中断请求命令译码4.程序中断方式接口电路的基本组成第76页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨四、中断处理过程1、CPU响应中断的条件和时间条件：CPU允许中断：中断允许触发器EINT=1。（开中断、关中断指令可以改变EINT）相关中断的掩码（MASK）为0时间每条指令执行结束（CPU发出中断查询信号INTA（将INTR置1））。第77页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨设备选择电路DBRDQ&数据线启动命令地址线SEL输入数据启动设备设备工作结束&1QQDINTRBQQMASK设备编码器排队器中断查询来自高一级的排队器至低一级的排队器向量地址中断响应INTA中断请求命令译码①②③④⑤⑥⑦⑧2.I/O中断处理过程①10&DBR④⑤⑦⑧设备选择电路01以输入为例②③⑥第78页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨3、中断处理的五个阶段中断请求：INTR中断判优：链式排队中断响应：INTA，得到中断号中断服务：根据中断号查中断向量表，得到中断入口地址，跳转到中断服务程序中断返回：从中断服务程序中返回到源程序继续执行第79页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨五、中断服务程序流程保护现场断点保护：中断隐指令完成保存寄存器值：进栈指令中断服务：（视情形开中断）恢复现场出栈指令中断返回中断返回指令第80页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨单重中断与多重中断单重中断：不允许中断现行的中断服务程序多重中断（中断嵌套）：允许更高级别的中断源中断现行的中断服务程序第81页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨3.单重中断和多重中断（中断嵌套）服务程序流程中断否？保护现场设备服务恢复现场开中断中断返回取指令执行指令中断服务程序

中断响应程序断点进栈关中断向量地址PC中断周期是中断返回保护现场设备服务恢复现场开中断开中断开中断中断隐指令中断隐指令否取指令执行指令中断否？否

中断响应程序断点进栈关中断向量地址PC中断周期是中断服务程序单重多重第82页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨内部总线缓冲器读/写逻辑级联缓冲器/比较器优先权比较器(PR)中断服务寄存器(ISR)

中断

请求

寄存

器(IRR)中断屏蔽寄存器（IMR）控制逻辑INTINTAD7~D0A0RDWRCSCAS0CAS1CAS2SP/ENIR0IR1IR2IR3IR4IR5IR6IR7内部总线中断接口芯片8259A的内部结构第83页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨中断过程总结内存中断向量表1002001400主程序10020014000178259A中断控制器INT设备1设备0设备7中断服务程序INTA…cpuI数据缓冲器中断请求寄存器中断屏蔽寄存器中断排队逻辑flags第84页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨5.6DMA方式一、DMA方式的特点1、DMA和程序中断两种方式的数据通路比较CPU主存ACC中断接口DMA接口I/O设备中断方式数据传送通路输入输出DMA方式数据传送通路第85页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨2、DMA与主存交换数据的三种方式（1）停止CPU访问主存控制简单CPU处于不工作状态或保持状态主存工作时间CPU不执行程序DMA不工作DMA不工作DMA工作CPU控制并使用主存DMA控制并使用主存t第86页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨2、DMA与主存交换数据的三种方式（1）停止CPU访问主存控制简单CPU处于不工作状态或保持状态主存工作时间CPU不执行程序DMA不工作DMA不工作DMA工作CPU控制并使用主存DMA控制并使用主存t未充分发挥CPU对主存的利用率在DMA接口中增加高速缓存CPUDMA控制器设备高速缓存内存第87页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨（2）周期挪用（或周期窃取）DMA访问主存有三种可能CPU此时不访存：总线立刻交给DMACPU此时正访存：CPU访存结束后总线立刻交DMACPU与DMA同时请求访存：总线交DMA

主存工作时间CPU控制并使用主存DMA控制并使用主存t第88页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨（3）DMA与CPU交替访问CPU工作周期分为两部分：C1：专供DMA访存C2：专供CPU访存主存工作时间DMA控制并使用主存CPU控制并使用主存t不需要申请建立和归还总线的使用权第89页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨二、DMA接口的功能和组成1、DMA接口功能向CPU申请DMA传送处理总线控制权的转交管理系统总线、控制数据传送确定数据传送的首址和长度修正传送过程中的数据地址和长度DMA传送结束时，给出操作完成信号第90页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨2、DMA接口组成DMA接口主存CPUDMA控制逻辑

中断机构设备HLDAARWCDARHRQ中断请求数据线地址线+1+1溢出信号DREQDACKBR第91页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨三、DMA的工作过程1、DMA传送过程预处理、数据传送、后处理（1）预处理通过几条输入输出指令预置如下信息通知DMA控制逻辑传送方向（入/出）设备地址->DMA的DAR

主存地址->DMA的AR

传送字数->DMA的WC第92页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨（2）DMA传送过程示意预处理：主存起始地址设备地址传送数据个数启动设备DMADMADMA数据传送：继续执行主程序同时完成一批数据传送后处理：中断服务程序做DMA结束处理继续执行主程序CPU允许传送？主存地址送总线数据送I/O设备（或主存）修改主存地址修改字计数器数据块传送结束？向CPU申请程序中断DMA请求否否是是数据传送第93页,共104页，2024年2月25日，星期天大连理工大学软件学院赖晓晨（3）数据传送过程（输入）BR设备DMA控制逻辑中断机构ARWCDARDMA接