cpu与IO设备交换数据.ppt

3.2 输入/输出中的数据传送控制 3.2.1 输入/输出概述 3.2.2 直接程序传送控制 3.2.3 程序中断控制 3.2.4 DMA控制 3.2.5 通道控制 输入过程输出过程 CPU把地址值放在地址总线上， 选择某一输入设备 数据准备有效？ 否 CPU把数据读入寄存器 是 CPU把数据放在数据总线上 CPU把地址值放在地址总线上， 选择某一输出设备 数据准备有效？ 否 输出设备把数据取走 是 CPU与I/O设备交换数据的过程 3.2.1 输入/输出概述 信息交换方式实现 要点实现 方式优点缺点适用范围 程序查询 方式 CPU不断查询 外设状态，一旦外 设准备就绪，CPU才结束查询 等 待与外设进 行数据交换 主要由程 序实现 简单 、经济CPU循环等待；后询 问的外设可能会长 时间 不能进行数据 交换 I/O设备 少、 数据传输 率低 的系统 程序中断方式 外设准备数据的过程中，CPU执 行其他程序。一旦某一外设准备就 绪后，CPU暂停当前正在运行的程 序，转去执行该外设的中断服务 程序完成信息的交换。 主要由程 序实现 节省了CPU的时间 ，提高了效率。外 设通过优 先级控制 而不必长时间 等待 硬件结构相对复杂 ，服务开销时间 大 适用于随机出 现的服务，并 且一旦提出要 求，应立即响 应 DMA方式 在I/O设备 与内存之间建立直接的 通路， I/O设备 直接与内存进行数 据传送不经过 CPU 主要由附 加硬件实 现 数据传输 速度很高 ，传输 速率仅受到 内存访问时间 的限 制 硬件结构更加复杂 。需要CPU对DMA控 制器进行预置 适用于高速外 设与内存间 进行大批量的 数据交换的场 合 通道方式 CPU将“传输 控制”功能下放给通道 ，CPU只负责 “数据处理”功能。通 道与CPU分时使用内存，实现 CPU 内部运算与I/O设备 的平行工作 主要由附 加硬件实 现 提高了CPU的工作效 率。CPU只需用简单 的通道命令启动通 道工作，不必对其 预置 硬件结构更加复杂 。通道没有自己的 指令系统，不能对 数据进行检验 和处 理 适用于数据传 输率比较高的 设备 I/O处理器方式 CPU将I/O操作及外围设备 的管理 权全部交给I/O处理器。I/O处理器 是一个完全独立的CPU，它和主 CPU构成协处 理机结构的多机系 统 主要由附 加硬件实 现 I/O处理器拥有自己 的完整的指令系统 和存储器，并能按 主CPU的要求对数据 进行操作。 CPU的 工作效率进一步提 高 硬件结构更加复杂适用于数据传 输率比高的设 备 五种信息交换方式的比较 控制 公用寄存器 0 忙 1 0 就绪 1 动作开始 动作结束 交换数据 数据缓冲寄存器 设备 选择 数据总线 地址总线 CPU接口设备 置”1” 置”0” “准备好” （1） （6） （5） （2） （3） （5） （4） 图3.21 程序查询方式的I/O控制器示意图 返回 主程序执行 CPU的其他工作启动打印机 中断服务子程序 (数据传送) 中断服务子程序 (数据传送) 响 应 中 断 中 断 返 回 响 应 中 断 中 断 返 回 (a)CPU工作状况 交换数据 交换数据 中 断 请 求 中 断 请 求 空闲 准备打印打印 (b) 打印机工作状况 图 3.22 CPU对打印机的中断服务 返回 I / O1I / O2I / On INTR1INTR2 INTRn INT CPU INTA 1 (b) 单线中断 图 3.23 中断请求 (a) 多线中断 I / O1I / O2I / On INTR1 INTR2 INTRn INT CPU 返回 INTR0 INTR0 INTR1INTR2 1 BC内容(传送个数)减1 数据块 传送结束？ 向CPU申请程序中断 DMA请求 Y N N Y (a) DMA传送(b) 数据传送阶段的细化 图 3.34 DMA传送过程返回 存储器管理部件 CPU 内存 选择通道 磁盘 控制器 磁盘 控制器 磁盘磁盘磁盘磁盘 I / O总线 字节多 路通道 设备 控制器