第八章輸入輸出系統(tǒng)ppt課件.ppt

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1、計(jì)算機(jī)組成原理PrinciplesofComputerOrganization主講教師:韓陽(yáng)Michael2008-9-1北京化工大學(xué)BUCT信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院本科課程教學(xué)CSE32600DVERSIONCSE32600D200601-03COPYRIGHT?2006EECE&MIC2008.9.1ALLRIGHTSRESERVED.第8章主要內(nèi)容：I/O系統(tǒng)，I/O接口主機(jī)與外設(shè)信息交換方式（重點(diǎn)是中斷、DMA方式）標(biāo)準(zhǔn)接口（SCSI、IEEE1394、USB）第8章輸入輸出系統(tǒng)28.3DMA方式8.3

2、.1DMA方式基本概念定義、過(guò)程（三個(gè)階段）、應(yīng)用、傳送方式直接內(nèi)存訪問(wèn)(DMA)是一種完全由硬件執(zhí)行I/O交換的工作方式。在這種方式中，DMA控制器從CPU完全接管對(duì)總線的控制，數(shù)據(jù)交換不經(jīng)過(guò)CPU，而直接在內(nèi)存和I/O設(shè)備之間進(jìn)行。DMA方式一般用于高速傳送成組數(shù)據(jù)。DMA控制器將向內(nèi)存發(fā)出地址和控制信號(hào)，修改地址，對(duì)傳送的字的個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)，并且以中斷方式向CPU報(bào)告?zhèn)魉筒僮鞯慕Y(jié)束。（3個(gè)注意）注意在DMA方式中，一批數(shù)據(jù)傳送前的準(zhǔn)備工作，以及傳送結(jié)束后的處理工作，均由管理程序承擔(dān)，而DMA控制器僅負(fù)責(zé)數(shù)

3、據(jù)傳送的工作。8.3DMA方式8.3.2DMA傳送方式DMA傳送方式停止CPU訪問(wèn)內(nèi)存周期挪用DMA與CPU交替訪內(nèi)8.3DMA方式8.3DMA方式1.停止CPU訪問(wèn)內(nèi)存:當(dāng)外圍設(shè)備要求傳送一批數(shù)據(jù)時(shí)，由DMA控制器發(fā)一個(gè)停止信號(hào)給CPU，要求CPU放棄對(duì)地址總線、數(shù)據(jù)總線和有關(guān)控制總線的使用權(quán)。DMA控制器獲得總線控制權(quán)以后，開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。在一批數(shù)據(jù)傳送完畢后，DMA控制器通知CPU可以使用內(nèi)存，并把總線控制權(quán)交還給CPU。在這種DMA傳送過(guò)程中，CPU基本處于不工作狀態(tài)或者說(shuō)保持狀態(tài)。優(yōu)點(diǎn):控制簡(jiǎn)

4、單，它適用于數(shù)據(jù)傳輸率很高的設(shè)備進(jìn)行成組傳送。缺點(diǎn):在DMA控制器訪內(nèi)階段，內(nèi)存的效能沒(méi)有充分發(fā)揮，相當(dāng)一部分內(nèi)存工作周期是空閑的。這是因?yàn)?，外圍設(shè)備傳送兩個(gè)數(shù)據(jù)之間的間隔一般總是大于內(nèi)存存儲(chǔ)周期，即使高速I/O設(shè)備也是如此。8.3.2DMA傳送方式8.3DMA方式停止CPU訪問(wèn)內(nèi)存8.3.2DMA傳送方式8.3DMA方式2.周期挪用當(dāng)I/O設(shè)備沒(méi)有DMA請(qǐng)求時(shí)，CPU按程序要求訪問(wèn)內(nèi)存；一旦I/O設(shè)備有DMA請(qǐng)求，則由I/O設(shè)備挪用一個(gè)或幾個(gè)內(nèi)存周期。8.3.2DMA傳送方式8.3DMA方式2.周期挪用

5、與停止CPU訪內(nèi)的DMA方法比較，周期挪用的方法既實(shí)現(xiàn)了I/O傳送，又較好地發(fā)揮了內(nèi)存和CPU的效率，是一種廣泛采用的方法。但是I/O設(shè)備每一次周期挪用都有申請(qǐng)總線控制權(quán)、建立線控制權(quán)和歸還總線控制權(quán)的過(guò)程，所以傳送一個(gè)字對(duì)內(nèi)存來(lái)說(shuō)要占用一個(gè)周期，但對(duì)DMA控制器來(lái)說(shuō)一般要2—5個(gè)內(nèi)存周期(視邏輯線路的延遲而定)。因此，周期挪用的方法適用于I/O設(shè)備讀寫(xiě)周期大于內(nèi)存存儲(chǔ)周期的情況。8.3.2DMA傳送方式3.DMA與CPU交替訪內(nèi)如果CPU的工作周期比內(nèi)存存取周期長(zhǎng)很多，此時(shí)采用交替訪內(nèi)的方法可以使DMA

6、傳送和CPU同時(shí)發(fā)揮最高的效率。假設(shè)CPU工作周期為1.2μs，內(nèi)存存取周期小于0.6μs，那么一個(gè)CPU周期可分為C1和C2兩個(gè)分周期，其中C1供DMA控制器訪內(nèi)，C2專供CPU訪內(nèi)。8.3.2DMA傳送方式3.DMA與CPU交替訪內(nèi)這種方式不需要總線使用權(quán)的申請(qǐng)、建立和歸還過(guò)程，總線使用權(quán)是通過(guò)C1和C2分時(shí)制的。CPU和DMA控制器各自有自己的訪內(nèi)地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器和讀/寫(xiě)信號(hào)等控制寄存器。在C1周期中，如果DMA控制器有訪內(nèi)請(qǐng)求，可將地址、數(shù)據(jù)等信號(hào)送到總線上。在C2周期中，如CPU有訪內(nèi)

7、請(qǐng)求，同樣傳送地址、數(shù)據(jù)等信號(hào)。事實(shí)上，對(duì)于總線，這是用C1，C2控制的一個(gè)多路轉(zhuǎn)換器，這種總線控制權(quán)的轉(zhuǎn)移幾乎不需要什么時(shí)間，所以對(duì)DMA傳送來(lái)講效率是很高的。這種傳送方式又稱為“透明的DMA”方式，其來(lái)由是這種DMA傳送對(duì)CPU來(lái)說(shuō)，如同透明的玻璃一般，沒(méi)有任何感覺(jué)或影響。在透明的DMA方式下工作，CPU既不停止主程序的運(yùn)行，也不進(jìn)入等待狀態(tài)，是一種高效率的工作方式。當(dāng)然，相應(yīng)的硬件邏輯也就更加復(fù)雜。8.3.2DMA傳送方式8.3.3基本的DMA控制器系統(tǒng)總線CPUMDMA控制器接口接口I/OI/

8、O多路型DMA控制器主機(jī)板接口板允許各設(shè)備以字節(jié)為單位交叉?zhèn)魉停蛞詳?shù)據(jù)塊為單位成組傳送。8.3DMA方式8.3.3基本的DMA控制器1.DMA控制器的基本組成一個(gè)DMA控制器，實(shí)際上是采用DMA方式的外圍設(shè)備與系統(tǒng)總線之間的接口電路。這個(gè)接口電路是在中斷接口的基礎(chǔ)上再加DMA機(jī)構(gòu)組成。(1)內(nèi)存地址計(jì)數(shù)器(2)字計(jì)數(shù)器(3)數(shù)據(jù)緩沖寄存器(4)“DMA請(qǐng)求”標(biāo)志(5)“控制/狀態(tài)”邏輯(6)中斷機(jī)構(gòu)8.3.3基本的