第8章 输入输出系统

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1、第八章输入输出系统基本概念程序查询方式程序中断方式DMA方式通道方式通用I/O标准接口基本概念——输入输出系统的功能输入输出系统的功能：为了得到高效可靠的数据传输，选择输入输出设备。在选定的输入输出设备和CPU之间进行数据交换。输入输出设备和CPU交换数据的过程：输入过程：CPU把一个地址值放在地址总线上，这一步将选择一个输入设备CPU等候输入设备的数据成为有效CPU从数据总线上读入数据，并放在一个相应的寄存器中输出过程：CPU把一个地址值放在地址总线上，这一步将选择一个输出设备CPU把数据放在数据总线上输出设备认为数据有效，从而把数据取走。基本概念——CPU和外围设备的定时CPU和外围设备

2、的定时，分为三种情况：慢速外围设备中速外围设备高速外围设备基本概念——CPU和外围设备的定时速度极慢或简单的外围设备：对于这类设备CPU总是能足够快地作出响应，也可以说，CPU认为输入的数据一直有效，在这种情况下，CPU只要接受和发送数据就可以了。常用的有：机械开关，显示二极管等。开关------CPU认为输入数据一直有效;显示二极管------输出一定准备就绪。基本概念——CPU和外围设备的定时慢速或中速的外围设备：CPU与这类设备之间的数据交换通常采用异步定时方式。在这种情况下，CPU和外设之间用问答信号进行定时的方式叫做应答式数据交换。采用异步定时方式设备状态:工作(忙)就绪等待结束再

3、启动等待启动暫停启动就绪?传送一个字传送完?CPU发响应信号复位就绪结束NNYYCPU接收外设一批数据字的过程:基本概念——CPU和外围设备的定时高速外围设备：CPU和这类设备之间通常采用同步定时方式，一旦CPU和外设发生同步，他们之间的数据交换用时钟控制来进行。1)同步定时方式CPU以等间隔的速率执行I/O指令。靠时钟脉冲控制进行。2)DMA方式基本概念——CPU和外围设备之间信息交换的方式CPU和外设之间信息交换的方式：程序查询方式程序中断方式直接内存访问（DMA）方式通道方式外围处理机方式基本概念——CPU和外围设备之间信息交换的方式I/O控制方式主要由程序实现主要由附加硬件实现程序查

4、询方式程序中断方式DMA方式通道方式PPU方式程序查询方式——基本概念程序查询方式：通过由I/O指令所编的程序，来控制主机与外设之间的信息传送。工作过程：先由主机通过启动指令启动外设工作，启动后主机用测试指令不断查询外设工作是否完成，一旦外设工作完成，就可进行数据传送了。特点：这种方式控制简单，但是主机和外设是串行工作的。当外设速度很慢时，主机大量时间被消耗在测试等待中，使主机不能充分发挥效率。程序查询方式——基本概念CPU存储器I/O控制器外设状态位CPU需要不断监测状态位以确定是否该做下一个I/O操作。由于CPU比I/O设备快得多，所以轮询就要浪费大量的CPU时间。程序查询方式——程序流

5、程图设置计数值设置内存缓冲区首址启动外设传送一个数据修改内存地址结束I/O传送修改计数器准备好？传送完？程序查询方式的程序流程图否是是否程序中断方式中断：是指CPU中止现行程序的执行，转而执行另一个更紧迫事件的程序，一旦处理完毕，自动返回原来被中断的程序。中断技术的出现，提供了一种以响应外部异常事件而改变状态流程的有效手段，它支持了多重程序的运行及多个用户同时共享整个计算机资源，充分发挥了计算机的高速处理和实时处理能力，以及自动处理机内部故障的能力。程序中断方式——基本概念中断的基本概念中断问题的提出中断类型多重中断和单级中断中断的功能中断问题的提出：在程序查询方式中，CPU和外设的工作是串

6、行的，当CPU和外设交换信息时，就把CPU的控制权交给了该设备，而CPU只能做测试等待，直到外设工作完成。CPU的大部分工作时间被浪费了。假若CPU在启动外设工作后，设备释放对CPU的控制权使CPU继续工作，当外设工作完成后向CPU发中断请求信号，若CPU响应中断，则停止正在执行的程序，转中断服务程序为该程序服务，这样就能实现CPU和外设并行工作，使CPU的效率充分发挥。程序中断方式——基本概念中断类型：按中断处理方法分类：程序中断：主机响应中断请求后，通过执行一段程序来处理有关的事宜。简单中断：主机响应中断请求后，不需要执行服务程序，而是让出一个或几个主存周期，使I/O设备和主存直接交换数

7、据。程序中断方式——基本概念按中断源分类：强迫中断：是随机产生的。产生强迫中断的中断源有四个方面：内中断：由硬件故障及程序故障引起的中断。外中断：是由系统配置的外部设备引起的中断。正在执行着的现行程序所引起的中断。处理机之间的中断。自愿中断（程序自中断）：事先在程序某初设置断点，并借用中断处理方式保护现场，引出一段服务程序。程序中断方式——基本概念按中断源是否提供向量地址分类：向量中断：CPU响应中断后，由中