第八章 輸入輸出系統(tǒng)

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1、第八章輸入輸出系統(tǒng)基本概念程序查詢方式程序中斷方式DMA方式通道方式通用I/O標(biāo)準(zhǔn)接口基本概念——輸入輸出系統(tǒng)的功能輸入輸出系統(tǒng)的功能：為了得到高效可靠的數(shù)據(jù)傳輸，選擇輸入輸出設(shè)備。在選定的輸入輸出設(shè)備和CPU之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。輸入輸出設(shè)備和CPU交換數(shù)據(jù)的過(guò)程：輸入過(guò)程：CPU把一個(gè)地址值放在地址總線上，這一步將選擇一個(gè)輸入設(shè)備CPU等候輸入設(shè)備的數(shù)據(jù)成為有效CPU從數(shù)據(jù)總線上讀入數(shù)據(jù)，并放在一個(gè)相應(yīng)的寄存器中輸出過(guò)程：CPU把一個(gè)地址值放在地址總線上，這一步將選擇一個(gè)輸出設(shè)備CPU把數(shù)據(jù)放在數(shù)據(jù)總線上輸出設(shè)備認(rèn)為數(shù)據(jù)有效，從而把數(shù)據(jù)取走。基本概念——CPU和外圍

2、設(shè)備的定時(shí)CPU和外圍設(shè)備的定時(shí)，分為三種情況：慢速外圍設(shè)備中速外圍設(shè)備高速外圍設(shè)備基本概念——CPU和外圍設(shè)備的定時(shí)速度極慢或簡(jiǎn)單的外圍設(shè)備：對(duì)于這類設(shè)備CPU總是能足夠快地作出響應(yīng)，也可以說(shuō)，CPU認(rèn)為輸入的數(shù)據(jù)一直有效，在這種情況下，CPU只要接受和發(fā)送數(shù)據(jù)就可以了。常用的有：機(jī)械開(kāi)關(guān)，顯示二極管等。開(kāi)關(guān)------CPU認(rèn)為輸入數(shù)據(jù)一直有效;顯示二極管------輸出一定準(zhǔn)備就緒?；靖拍睢狢PU和外圍設(shè)備的定時(shí)慢速或中速的外圍設(shè)備：CPU與這類設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換通常采用異步定時(shí)方式。在這種情況下，CPU和外設(shè)之間用問(wèn)答信號(hào)進(jìn)行定時(shí)的方式叫做應(yīng)答式數(shù)據(jù)交換

3、。采用異步定時(shí)方式設(shè)備狀態(tài):工作(忙)就緒等待結(jié)束再啟動(dòng)等待啟動(dòng)暫停啟動(dòng)就緒?傳送一個(gè)字傳送完?CPU發(fā)響應(yīng)信號(hào)復(fù)位就緒結(jié)束NNYYCPU接收外設(shè)一批數(shù)據(jù)字的過(guò)程:基本概念——CPU和外圍設(shè)備的定時(shí)高速外圍設(shè)備：CPU和這類設(shè)備之間通常采用同步定時(shí)方式，一旦CPU和外設(shè)發(fā)生同步，他們之間的數(shù)據(jù)交換用時(shí)鐘控制來(lái)進(jìn)行。1)同步定時(shí)方式CPU以等間隔的速率執(zhí)行I/O指令?？繒r(shí)鐘脈沖控制進(jìn)行。2)DMA方式基本概念——CPU和外圍設(shè)備之間信息交換的方式CPU和外設(shè)之間信息交換的方式：程序查詢方式程序中斷方式直接內(nèi)存訪問(wèn)（DMA）方式通道方式外圍處理機(jī)方式基本概念——CPU和

4、外圍設(shè)備之間信息交換的方式I/O控制方式主要由程序?qū)崿F(xiàn)主要由附加硬件實(shí)現(xiàn)程序查詢方式程序中斷方式DMA方式通道方式PPU方式程序查詢方式——基本概念程序查詢方式：通過(guò)由I/O指令所編的程序，來(lái)控制主機(jī)與外設(shè)之間的信息傳送。工作過(guò)程：先由主機(jī)通過(guò)啟動(dòng)指令啟動(dòng)外設(shè)工作，啟動(dòng)后主機(jī)用測(cè)試指令不斷查詢外設(shè)工作是否完成，一旦外設(shè)工作完成，就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送了。特點(diǎn)：這種方式控制簡(jiǎn)單，但是主機(jī)和外設(shè)是串行工作的。當(dāng)外設(shè)速度很慢時(shí)，主機(jī)大量時(shí)間被消耗在測(cè)試等待中，使主機(jī)不能充分發(fā)揮效率。程序查詢方式——基本概念CPU存儲(chǔ)器I/O控制器外設(shè)狀態(tài)位CPU需要不斷監(jiān)測(cè)狀態(tài)位以確定是否該做

5、下一個(gè)I/O操作。由于CPU比I/O設(shè)備快得多，所以輪詢就要浪費(fèi)大量的CPU時(shí)間。程序查詢方式——程序流程圖設(shè)置計(jì)數(shù)值設(shè)置內(nèi)存緩沖區(qū)首址啟動(dòng)外設(shè)傳送一個(gè)數(shù)據(jù)修改內(nèi)存地址結(jié)束I/O傳送修改計(jì)數(shù)器準(zhǔn)備好？傳送完？程序查詢方式的程序流程圖否是是否程序中斷方式中斷：是指CPU中止現(xiàn)行程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)而執(zhí)行另一個(gè)更緊迫事件的程序，一旦處理完畢，自動(dòng)返回原來(lái)被中斷的程序。中斷技術(shù)的出現(xiàn)，提供了一種以響應(yīng)外部異常事件而改變狀態(tài)流程的有效手段，它支持了多重程序的運(yùn)行及多個(gè)用戶同時(shí)共享整個(gè)計(jì)算機(jī)資源，充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)的高速處理和實(shí)時(shí)處理能力，以及自動(dòng)處理機(jī)內(nèi)部故障的能力。程序中斷方式—

6、—基本概念中斷的基本概念中斷問(wèn)題的提出中斷類型多重中斷和單級(jí)中斷中斷的功能中斷問(wèn)題的提出：在程序查詢方式中，CPU和外設(shè)的工作是串行的，當(dāng)CPU和外設(shè)交換信息時(shí)，就把CPU的控制權(quán)交給了該設(shè)備，而CPU只能做測(cè)試等待，直到外設(shè)工作完成。CPU的大部分工作時(shí)間被浪費(fèi)了。假若CPU在啟動(dòng)外設(shè)工作后，設(shè)備釋放對(duì)CPU的控制權(quán)使CPU繼續(xù)工作，當(dāng)外設(shè)工作完成后向CPU發(fā)中斷請(qǐng)求信號(hào)，若CPU響應(yīng)中斷，則停止正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序?yàn)樵摮绦蚍?wù)，這樣就能實(shí)現(xiàn)CPU和外設(shè)并行工作，使CPU的效率充分發(fā)揮。程序中斷方式——基本概念中斷類型：按中斷處理方法分類：程序中斷：主機(jī)

7、響應(yīng)中斷請(qǐng)求后，通過(guò)執(zhí)行一段程序來(lái)處理有關(guān)的事宜。簡(jiǎn)單中斷：主機(jī)響應(yīng)中斷請(qǐng)求后，不需要執(zhí)行服務(wù)程序，而是讓出一個(gè)或幾個(gè)主存周期，使I/O設(shè)備和主存直接交換數(shù)據(jù)。程序中斷方式——基本概念按中斷源分類：強(qiáng)迫中斷：是隨機(jī)產(chǎn)生的。產(chǎn)生強(qiáng)迫中斷的中斷源有四個(gè)方面：內(nèi)中斷：由硬件故障及程序故障引起的中斷。外中斷：是由系統(tǒng)配置的外部設(shè)備引起的中斷。正在執(zhí)行著的現(xiàn)行程序所引起的中斷。處理機(jī)之間的中斷。自愿中斷（程序自中斷）：事先在程序某初設(shè)置斷點(diǎn)，并借用中斷處理方式保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，引出一段服務(wù)程序。程序中斷方式——基本概念按中斷源是否提供向量地址分類：向量中斷：CPU響應(yīng)中斷后，由中