计算机组成原理第3章2

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1、3.2输入/输出中的数据传送控制3.2.1直接程序传送控制3.2.2程序中断控制3.2.3DMA控制3.2.4通道控制外部设备的工作过程是其与主机交换数据的过程，输入设备把外界的数据传送给主机处理，输出设备把主机中的数据传送到外部去使用。这一节介绍如何对这些过程进行控制。3.2.1直接程序传送控制直接程序传送控制的特点是I/O过程完全处于CPU指令控制下，即外部设备的有关操作（如启、停、传送开始等）都要由CPU指令指定。在典型情况下，I/O操作在CPU寄存器与外部设备（或接口）的数据缓冲寄存器间

2、进行，I/O设备不直接访问主存。采用程序直接控制，外部设备与CPU的数据传送可有两种方式。1.无条件传送方式无条件程序控制方式下的I/O传送时，CPU像对存储器读写一样，完全不管外设的状态如何。具体操作步骤大致如下：①CPU把一个地址送到地址总线上，经译码选择一台特定的外部设备；②输出时CPU向数据总线送出数据；输入时CPU等待数据总线上出现数据；③输出时CPU发出写命令将数据总线上的数据写入外部设备的数据缓冲寄存器；输入时CPU发出读命令，从数据总线上将数据读入CPU的寄存器中。这种传送方式一

3、般适合于对采样点的定时采样或对控制点的定时控制等场合。为此，可以根据外设的定时，将I/O指令插入程序中，使程序的执行与外设同步。所以这种传送方式也称为程序定时传送方式或同步传送方式。下面是一段8086程序，它的功能是测试状态寄存器（端口地址为27H）的第2位是否为1，若为1则转移到ERROR进行处理INAL，27H;输入TESTAL，00000100BJNEERROR。无条件传送是所有传送方式中最简单的一种传送方式，它需要的硬件和软件数量极少。2.程序查询传送方式由于多数外部设备与CPU之间的数

4、据传送都是随机的，并且要求CPU必须顾及I/O设备的工作状态。这时CPU必须不断查询各设备的工作状态。当计算机系统中只有一台外设时，CPU要定时地对这台设备的状态进行查询（这时CPU常常处于询问等待状态，或在执行主要功能的程序中穿插地进行询问）。当有多台外设时，CPU一般是循环地逐一进行询问；有些系统，将各个外设的状态标志位线“或”在一条公共检测线上，CPU首先检测此线，有服务请求再去查询是哪台设备。图3.21是以输入数据为例说明程序查询控制接口原理示意图。它主要包括如下3个部件：(1)设备选择

5、电路设备选择电路用以判别地址总线上送出的地址（或称为呼叫的设备）是否为被查询设备，它实际上是设备地址的译码比较电路。(2)数据缓冲寄存器输入操作时，用数据缓冲寄存器存放从外部设备读出的数据，然后送往CPU；输出操作时，用数据缓冲寄存器存放从CPU送来的数据，然后送给外部设备输出。(3)设备状态位（标志）设备状态位是控制器中的标志触发器，如“忙”、“准备就绪”、“错误”等，用以表示设备的工作状态，以便接口对外设进行监视。一旦CPU用程序询问I/O设备时，则状态位信息取至CPU进行分析。程序查询方式

6、是利用程序控制实现CPU与I/O设备之间的数据传送。程序执行过程中的有关动作（以输入为例）如下：①CPU向地址总线上送出地址，选中设备控制器；②CPU看“忙”触发器是否为“0”，若为“0”，则发出命令字，请求启动外设进行数据输入，置“忙”触发器为“1”，置“就绪”触发器为“0”，然后不断检测“就绪”触发器何时变为“1”；③接口接到CPU的命令字后，立即启动外设工作，开始输入数据；④外设启动后将输入数据送入数据缓冲寄存器；⑤外设完成数据输入后，置“就绪”触发器为“1”，通知CPU已经“Ready”

7、(准备就绪)；⑥CPU从数据缓冲寄存器中读入输入数据，并将控制器状态标志复位。采用程序直接控制模式简单、控制接口硬设备较少。一般计算机都具有这种功能，但是，明显地存在着以下缺点：(1)CPU与外部设备只能串行工作。由于CPU的速度比外部设备的速度快得多，因此，CPU的大量时间都处于空闲、等待状态，系统的效率较低。(2)CPU在一段时间内只能和一台外部设备交换信息，无法使其他外部设备同时工作。(3)发现和处理预先无法估计的错误和异常比较困难。因此，这种输入输出控制方式多用于CPU速度不高、外部设备

8、种类不多的情况。3.2.2程序中断控制在实际应用中，多数事件是非寻常或非预期的。当这样的要紧事件发生时，CPU应当暂停当前正在执行的程序，先转去执行处理要紧事件的子程序；紧急事件处理完毕之后，恢复原来的状态，再继续执行原来的程序。这种对要紧事件的处理模式，称为程序中断（interrupt）控制模式，简称中断控制或中断。这种处理要紧事件的服务子程序称为中断子程序。这种引起中断的事件称为中断源。下面以打印控制为例，说明中断控制的基本过程：每台打印机（外设）都设有自己的缓冲寄存器，CPU用访问指令启动