計算機組成原理課件（第三版）第八章輸入輸出系統(tǒng)

計算機組成原理 主編： 石磊 教授 鄭州大學信息工程學院計算機系 2 第一章 概述 第二章 計算機中的數(shù)據(jù)表示 第三章 運算方法和運算器 第四章 存儲器及存儲系統(tǒng) 第五章 指令系統(tǒng) 第六章 中央處理器 第七章 總線系統(tǒng) 第八章 輸入輸出系統(tǒng) 第九章 計算機外部設(shè)備 第十章 計算機系統(tǒng)及發(fā)展 目錄 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 3頁 第 8章 輸入輸出系統(tǒng) 計算機組成原理 清華大學出版社 教學目標 教學重點 教學過程 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 4頁 教學目標 掌握信息交換的控制方式 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 5頁 教學重點 信息交換控制方式 程序中斷控制方式 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 6頁 教學過程 息交換的控制方式 序查詢方式 序中斷方式 用 I/計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 7頁 息交換的控制方式 1、 外設(shè)特點 （ 1）種類多：有常規(guī)的輸入輸出設(shè)備，如鍵盤、顯示器、打印機；有輔助存儲的外存儲器驅(qū)動器；有用于通訊的調(diào)制解調(diào)器；有控制系統(tǒng)常用的數(shù)字 /模擬轉(zhuǎn)換器和模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換器， ； （ 2）工作原理各不相同：有電子式、電動式、光電式、機械式或其它形式； （ 3）要求的信號各不相同，有模擬量、數(shù)字量和開關(guān)量； （ 4）傳輸信息的速度也千差萬別。 2、輸入輸出系統(tǒng)的基本功能： （ 1）為數(shù)據(jù)傳輸操作選擇輸入輸出（ I/O）設(shè)備； （ 2）使得選定的輸入輸出設(shè)備和主機之間交換數(shù)據(jù)。 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 8頁 部設(shè)備與主機的連接方式 1、輻射式：控制簡單，但連線多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 2、總線式：結(jié)構(gòu)簡單、易于擴展等優(yōu)點，其缺點是所有的外設(shè)都通過同一組總線分時工作，將影響其信息交換速度。這種結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于微型、小型計算機中。 3、通道式：效率高：大大提高了 時，外設(shè)又可以分類連接到不同的通道上，最大限度地提高各自的工作速度。 （ a）輻射式 主 機 接口 外設(shè) 接口 外設(shè) 接口 外設(shè) （ b）總線式 主機 接口 外設(shè) 接口 外設(shè) 主 機 （ c）通道式 通道 接口 外設(shè) 接口 外設(shè) 通道 接口 外設(shè) 接口 外設(shè) 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 9頁 部設(shè)備 的編址方式 1、統(tǒng)一編址 統(tǒng)一編址指外設(shè)接口中的 I/它們和主存單元組合在一起編排地址；或者說，將主存的一部分地址空間用作 I/樣就可以用訪問主存的指令去訪問外設(shè)的某個寄存器，因而也就不需要專門的 I/以簡化 型機 2、單獨編址 為了更清楚地區(qū)別 I/I/樣，在系統(tǒng)中就存在了另一種與存儲地址無關(guān)的 I/。例如，廣泛使用的 0 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 10頁 （ 1/5） 1、 I/（ 1）概念：指計算機主機與外部設(shè)備之間的信息交換方式。 （ 2）涉及問題： （ A） 支持該方式的硬件組成，即相應(yīng)的接口電路設(shè)計； （ B） 支持該方式的軟件配置，即相應(yīng)的 I/ （ 3）組織方式： （ A）程序查詢式 （ B）中斷式 （ C） （ D）通道式 （ E）外圍處理機方式 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 11頁 （ 2/5） 2、外設(shè)接口 基本功能： （ 1） 數(shù)據(jù)的暫存與緩沖 。用來實現(xiàn)將不同工作速度的設(shè)備連接起來進行數(shù)據(jù)傳送時的速度匹配。 （ 2） 保存設(shè)備的工作狀態(tài) ，這是為了便于 常是通過設(shè)立設(shè)備狀態(tài)寄存器實現(xiàn)的，這個寄存器的各位被用來標志設(shè)備的不同狀態(tài)。 （ 3） 信息交換方式的控制 。通常是用信息交換方式的控制邏輯電路來保證主機與外設(shè)在規(guī)定的通信方式下實現(xiàn)信息交換。如小型機和微型機經(jīng)常會用到程序查詢式、中斷式或 種通信方式，要保證能進行選擇和實現(xiàn)。 （ 4） 通信聯(lián)絡(luò)控制 。其作用是給出主機與外設(shè)（接口）在信息交換過程中所需要的聯(lián)絡(luò)控制信號，進行定時控制，解決時間配合問題。 （ 5） 外設(shè)的識別 。為了解決 要設(shè)立外設(shè)識別電路。通常這部分電路稱為地址譯碼電路或設(shè)備選擇電路，用來接收地址總線上的 I/ （ 6） 數(shù)據(jù)格式的變換控制 。接口連接主機和外設(shè)，往往兩邊的數(shù)據(jù)格式不相同。在輸入和輸出操作時，為了滿足兩邊各自的要求，必須使接口具有相應(yīng)的變換功能。 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 12頁 （ 3/5） 2、外設(shè)接口 接口分類： （ 1） 按主機與外設(shè)交換信息的方式來分，可以有 4種不同類型的接口。 (a) 程序查詢式接口 ； I/據(jù)緩沖寄存器，設(shè)備狀態(tài)寄存器，設(shè)備地址譯碼器以及 I/ (b) 中斷式接口 ； 除上述電路外，還要有一個中斷控制器。 (c) 支持直接存儲器存取方式工作的（ I/O）數(shù)據(jù)傳送，即無需 在主存與外設(shè)之間直接進行數(shù)據(jù)傳送。 接口硬件除基本的 I/關(guān)鍵的還應(yīng)有一個 (d) 通道式控制接口通信的實質(zhì)與第 3種方式相同 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 13頁 （ 4/5） 2、外設(shè)接口 接口分類： （ 2）按接口與外設(shè)這一邊數(shù)據(jù)傳送的形式來分，有兩種不同類型的接口。 (a)并行接口 ，即數(shù)據(jù)是以字字節(jié)的各位同時在總線上流通的方式傳送的。 (b)串行接口 ，即在接口和外設(shè)的一邊，數(shù)據(jù)是以字字節(jié)的各位沿一根數(shù)據(jù)線一位接一位的按時間先后順序逐位傳送的，而在接口電路中還要增加一些其它有關(guān)邏輯，如串行變換等。 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 14頁 （ 5/5） 處理機 方式 通道 方式 式 程序中斷方式 程序查詢方式 圖 8據(jù)傳送控制方式 I/主要由硬件實現(xiàn) 主要由程序?qū)崿F(xiàn) 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 15頁 序查詢方式 序查詢輸入輸出方式 序查詢方式的接口 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 16頁 序查詢輸入輸出方式 1、工作過程 （ 1）預(yù)置參數(shù)：設(shè)定數(shù)據(jù)傳送長度；設(shè)置數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址； （ 2）向外設(shè)發(fā)出命令，啟動外設(shè)開始工作，并請求進行數(shù)據(jù)交換； （ 3）從外設(shè)讀取反映外設(shè)當前工作進程的狀態(tài)字； （ 4）檢查狀態(tài)字中的標志，看外設(shè)能否進行數(shù)據(jù)交換； （ 5）如果外設(shè)沒有準備就緒，則重復(fù)上述（ 3）和（ 4），一直到這個外設(shè)準備就緒，發(fā)出準備就緒信號為止； （ 6） 將數(shù)據(jù)輸出給外設(shè)，完成數(shù)據(jù)交換；同時， 2、 改進：適時查詢法：啟動外設(shè)后，不等待，而去執(zhí)行其它程序，估計外設(shè)已接近完成時，則進入測試程序段。 3、 多個外設(shè)查詢： 輪流查詢：前面優(yōu)先級高，后面優(yōu)先級別低。 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 17頁 序查詢方式的接口 1、 外設(shè)狀態(tài)寄存器 2、 數(shù)據(jù)緩沖寄存器 3、 地址譯碼器 4、 控制邏輯 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 18頁 斷的基本概念 斷處理 級中斷與多級中斷 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 19頁 （ 1/3） 1、概念：當計算機執(zhí)行正常程序時，系統(tǒng)中出現(xiàn)某些異常情況或特殊請求，這些情況和請求可能來自計算機內(nèi)部，也可能來自計算機外部；一旦有上述事件發(fā)生，計算機執(zhí)行正常程序的狀態(tài)被中斷，就是說， 轉(zhuǎn)去處理所發(fā)生的事件（通常就是執(zhí)行一段特殊程序，被稱為中斷服務(wù)程序）； 動返回到原來被中斷了的程序繼續(xù)運行。 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 20頁 （ 2/3） 2、與子程序調(diào)用的比較 （ 1）相同點：正常程序：主程序 中斷服務(wù)程序：子程序 （ 2）區(qū)別： （ A）子程序的執(zhí)行是程序員事先安排好的； 中斷服務(wù)程序的執(zhí)行則是由隨機的中斷事件引起的，比如電源掉電、請求 I/場報警等。 （ B）子程序的執(zhí)行往往與主程序有關(guān)； 中斷服務(wù)程序可能與被中斷的程序毫無關(guān)系。 （ C）有可能出現(xiàn)多個中斷事件同時請求的情況，此時，主機就需要進行判優(yōu)，進而決定為哪一個請求服務(wù)。 子程序不存在此種情況。 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 21頁 （ 3/3） 3、中斷的作用 (1) 主機與外部設(shè)備并行工作 (2) 實現(xiàn)實時處理 (3) 硬件故障處理 (4) 實現(xiàn)多道程序和分時操作 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 22頁 （ 1/11） 一、中斷源 （ 1）概念：能夠引起 斷源是指形成這個原因的設(shè)備、部件或條件。 （ 2）種類： 輸入輸出設(shè)備 。系統(tǒng)中的外部設(shè)備都可以設(shè)計成為以中斷方式與主機進行數(shù)據(jù)的交換，從而作為系統(tǒng)的中斷源。 故障與錯誤 。系統(tǒng)運行中會出現(xiàn)諸如電源掉電、運算出錯、非法指令等問題，它們也常采用中斷方式請求 實時時鐘 。系統(tǒng)中的時鐘定時電路是必不可少的，若定時時間到，時鐘電路就可以通過中斷告知主機。 程序調(diào)試和軟件中斷 。程序調(diào)試中常常采用設(shè)置中斷斷點的方法來觀察程序運行是否正確；有些機器的指令系統(tǒng)設(shè)計有軟件中斷指令，利用中斷機制實現(xiàn)操作系統(tǒng)的功能調(diào)用以及調(diào)試程序。需要說明一點，這類中斷是由程序員事先安排好的，和調(diào)用子程序的作用一樣，與上述由外部硬件產(chǎn)生的中斷有些不同。 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 23頁 （ 2/11） 二、中斷的分類： （ 1）按中斷源是在主機之內(nèi)還是外分： （ A）內(nèi)部中斷 內(nèi)部中斷是指中斷源來自主機內(nèi)部，如運算出錯、程序調(diào)試和軟件中斷等； （ B）外部中斷 外部中斷來自主機之外，如外部設(shè)備、實時時鐘和硬件故障產(chǎn)生的中斷等。 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 24頁 （ 3/11） 二、中斷的分類： （ 2） 按中斷對 （ A）程序中斷 且在服務(wù)前要進行斷點和現(xiàn)場的保護，在服務(wù)后要進行現(xiàn)場和斷點恢復(fù)的中斷。這種中斷就是一般所說的中斷，是大多數(shù)中低速外設(shè)以及內(nèi)中斷常用的中斷方式。 （ B）簡單中斷 當中斷發(fā)生時，相應(yīng)的請求源只是請求 常稱為總線請求或 停的目的是把主存和接口的數(shù)據(jù)通路讓給請求源使用（即總線使用權(quán)），使得能在主存和請求源之間直接進行一次數(shù)據(jù)傳送，當這次傳送結(jié)束后，請求源立即把這個使用權(quán)歸還給 著運行剛才暫停的程序，這個暫停時間通常一次一個存取周期。 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 25頁 （ 4/11） 二、中斷的分類： （ 3） 按尋找中斷服務(wù)程序入口實現(xiàn)方法區(qū)分： （ A）向量中斷（矢量中斷）：中斷服務(wù)程序入口由中斷源自己提供。 （ B） 非向量中斷：入口由 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 26頁 （ 5/11） 三、中斷工作過程 ： 1、中斷請求 （ 1）中斷請求是中斷源向 求 （ 2）何時？ 基本條件兩個： （ A） 外設(shè)本身工作已經(jīng)完成； （ B） 外設(shè)被允許中斷； （ 3）硬件支持： 中斷請求電路，基本組成是兩個觸發(fā)器： （ A） 一個反映外設(shè)工作是否完成，其形成與程序查詢的準備就緒狀態(tài)標志一樣； （ B） 另一個反映外設(shè)是否允許采用中斷方式，即中斷屏蔽功能。只有當外設(shè)工作完成而且被允許中斷時，相應(yīng)中斷源才可以通過這個請求電路形成中斷請求信號。 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 27頁 （ 6/11） 三、中斷工作過程： 2、中斷判優(yōu) （ 1） 中斷優(yōu)先級有兩個方面的含義： （ A） 一是中斷請求與 （ B） 另一含義是各中斷源之間，誰更迫切的問題。 （ 2） 方法： （ A） 軟件 （ B） 硬件：為了得到較高的效率，一般采用硬件判優(yōu)方法。判優(yōu)邏輯隨著判優(yōu)方案的不同可有不同的結(jié)構(gòu)，其組成部分既可能在設(shè)備接口之中，也可能在 可能這兩部分都有。其作用是決定 果確定接收這個請求的話，就由 C） 軟硬件結(jié)合。 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 28頁 （ 7/11） 三、中斷工作過程： 3、中斷響應(yīng) （ 1） 且在適當時會向中斷源提供一個應(yīng)答的響應(yīng)信號，表明主機承認了它的請求，這就是中斷響應(yīng)。在采用硬件向量中斷的方式中，通常， （ 2）響應(yīng)條件： （ A） 一條指令執(zhí)行結(jié)束時刻 （ B） 中斷允許： (a) 可屏蔽中斷（ 計算機中斷系統(tǒng)對一般外設(shè)的中斷請求就采用受中斷標志位控制； (b) 非屏蔽中斷（ 必須立刻響應(yīng)的中斷請求，如電源掉電、機器故障等。 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 29頁 （ 8/11） 中斷屏蔽 （ A） 概念：對中斷的允許或禁止的控制 （ B） 必要性： 斷服務(wù)程序與正常程序共享數(shù)據(jù)區(qū) 在執(zhí)行中斷服務(wù)程序而不允許嵌套時 行現(xiàn)場保護和恢復(fù)現(xiàn)場時 （ C）方法： 軟硬結(jié)合和內(nèi)外結(jié)合的方法。不同的計算機可能在具體措施上有差異，但基本思想是相同的。外部中斷請求電路設(shè)置中斷屏蔽觸發(fā)器控制某一個中斷源能否產(chǎn)生中斷請求信號，般計算機中有實現(xiàn)中斷屏蔽的指令和相應(yīng)硬件電路。 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 30頁 （ 9/11） 中斷屏蔽 （ D）實現(xiàn)： (a) 在大多數(shù)計算機 設(shè)置一個中斷觸發(fā)器，由這個觸發(fā)器的狀態(tài)來決定 能使中斷觸發(fā)器置“ 1”的指令，一般稱為開中斷指令，表示系統(tǒng)允許中斷；能使中斷觸發(fā)器置“ 0”的指令，一般稱為關(guān)中斷指令，表示系統(tǒng)禁止中斷。用戶在適當時可以用這些指令來對中斷的能與否進行選擇和控制。 例如 8088/8086 程序狀態(tài)字 10位），開中斷指令 1”，達到允許中斷的目的，關(guān)中斷指令 0”，達到禁止中斷的目的。 再如： ， 6， 5位改變會達到對某些中斷的允許或禁止。 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 31頁 （ 10/11） 中斷屏蔽 （ D）實現(xiàn)： (b) 在外部中斷源的接口，一般都設(shè)立中斷屏蔽觸發(fā)器，通常這個觸發(fā)器的狀態(tài)可由 如當這個觸發(fā)器為 1時，表示不允許該中斷源發(fā)出中斷請求，否則為允許。 設(shè)接口電路中的設(shè)備狀態(tài)寄存器第 6位用于這個目的。當?shù)?6位（允許中斷），第 7位（完成位）都成立時，才允許發(fā)中斷請求。 8259可編程中斷控制器，有中斷屏蔽 R， 8259可接收來自外設(shè)的 8個各自獨立的中斷請求，信號分別為 斷源 0 7對應(yīng)于中斷類型號 08H 0其中 例如 9應(yīng)設(shè)備鍵盤。 8259中斷屏蔽寄存器（ I/1H，它的位 0 7位對應(yīng)于 通過設(shè)置任一位控制任一中斷源的允許或禁止（ 0代表允許， 1代表禁止） 例如，只允許鍵盤中斷，可設(shè)置 21H,算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 32頁 （ 11/11） 斷點 中斷服務(wù)程序 中斷返回 中斷響應(yīng) 外設(shè)中斷請求 外設(shè)并行工作 圖 8序中斷的工作過程 預(yù)置參數(shù) 中斷服務(wù) 啟動外設(shè) 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 33頁 斷處理 （ 1/5） 1、中斷識別 （ 1）中斷源的識別 （ A）識別的主體： （ B）與中斷優(yōu)先級的判定密切相關(guān)：中斷優(yōu)先級的判定是解決這一問題的前提和基礎(chǔ)。 （ C）目的：使 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 34頁 斷處理 （ 2/5） 1、中斷識別 （ 2）方法： （ A） 軟件查詢法：采用與程序查詢傳送方式一樣的方法，用軟件查詢程序段檢測中斷請求的標志，同時還可以實現(xiàn)中斷判優(yōu)。 （ B） 硬件向量法： (a) 中斷向量是中斷源向 (b) 識別碼是有方向的； (c) 識別碼實際是主存的一個地址碼； (d) 硬件支持：接口電路中：向量地址產(chǎn)生器 主機之內(nèi)：保存向量的 R (e) 向量地址的存在情況： (i)服務(wù)程序入口 (務(wù)程序入口地址 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 35頁 斷處理 （ 3/5） 2、中斷服務(wù) （ 1）中斷現(xiàn)場：中斷現(xiàn)場是指在發(fā)生中斷時，其中最為關(guān)鍵的狀態(tài)是程序計數(shù)器 就是 斷點地址，簡稱斷點。除斷點外，中斷現(xiàn)場應(yīng)包含 些狀態(tài)有程序狀態(tài)字 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 36頁 斷處理 （ 4/5） 2、中斷服務(wù) （ 2）中斷服務(wù)程序： 3個部分 （ A） 起始部分： 起始部分主要功能是保護 一功能是控制系統(tǒng)在執(zhí)行中斷服務(wù)程序過程中是否允許再被中斷。 （ B） 主體部分： 主體部分的主要功能應(yīng)該是完成中斷源的請求任務(wù)。對一般輸入輸出外部設(shè)備來說，就是進行數(shù)據(jù)的輸入輸出操作，并且修改相應(yīng)的傳送參數(shù)。這部分是中斷服務(wù)程序中核心的，也就是實質(zhì)性的部分。 （ C） 結(jié)尾部分： 結(jié)尾部分主要功能是恢復(fù)起始部分所保護的現(xiàn)場內(nèi)容，然后準備返回。通常用一條返回指令作為整個中斷服務(wù)程序的最后一條指令。 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 37頁 斷處理 （ 5/5） 3、中斷返回 中斷服務(wù)程序的結(jié)束是一條中斷返回指令，由它實現(xiàn)從中斷處理過程返回被中斷的程序斷點位置處繼續(xù)執(zhí)行，從而完成了一次中斷過程。 以上所述的 6個階段是外部設(shè)備作為中斷源引起中斷的全過程。顯然， 整個過程只有中斷服務(wù)這個階段才是實際有效的部分，其中的關(guān)鍵是執(zhí)行 I/余幾個階段可認為是中斷服務(wù)的前后處理，是一種輔助性的但不可缺少的操作。當中斷頻繁發(fā)生時，這個輔助性操作是降低 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 38頁 級中斷與多級中斷 （ 1/7） 一、基本概念 1、根據(jù)計算機系統(tǒng)對中斷處理的策略不同，可分為單級中斷系統(tǒng)和多級中斷系統(tǒng)。單級中斷系統(tǒng)是中斷結(jié)構(gòu)中最基本的形式。在單級中斷系統(tǒng)中，所有的中斷源都屬于同一級，優(yōu)先次序是離 2、多重中斷：是指當一個中斷服務(wù)程序執(zhí)行其間，系統(tǒng)出現(xiàn)了更高優(yōu)先級的中斷請求， 3、實現(xiàn)多重中斷的基本保證： （ 1）系統(tǒng)要具備對多個中斷現(xiàn)場的保護能力：堆棧 （ 2）保證中斷優(yōu)先級高的中斷源首先得到 （ 3）在 統(tǒng)必須處于開中斷狀態(tài)。 具體作法是，進入中斷服務(wù)程序后，在關(guān)中斷的情況下進行一些必要的現(xiàn)場保護，然后采用軟件手段，如 8088/8086中的 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 39頁 級中斷與多級中斷 （ 2/7） 二、中斷優(yōu)先級判定 1、中斷判優(yōu)的目的 (1) 為了解決多個中斷源同時發(fā)出中斷請求的問題。 (2) 為了解決當系統(tǒng)正在為某個中斷源服務(wù)時，又產(chǎn)生新的中斷請求， 而形成中斷嵌套（或稱多重中斷）的問題。 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 40頁 級中斷與多級中斷 （ 3/7） 二、中斷優(yōu)先級判定 2、 軟件查詢判優(yōu)法 （ 1） 實現(xiàn)： （ 2） 優(yōu)點： （ A） 優(yōu)先權(quán)的排隊順序可以由程序很方便地改變，因此很靈活。 （ B） 硬件成本較小，只要在每個中斷源電路中設(shè)立供態(tài)位）即可。 （ C） 能與軟件識別中斷源方法結(jié)合在一起使用。 （ 3） 缺點： （ A） 占用 （ B） 速度慢效率低。 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 41頁 級中斷與多級中斷 （ 4/7） 二、中斷優(yōu)先級判定 3、鏈式電路判優(yōu)法 （ 1）實現(xiàn) （ A） （ B） （ C） 處于前面的設(shè)備若接收 （ 2）優(yōu)點：電路較簡單 缺點：是優(yōu)先權(quán)不靈活，一旦線路連接好之后，想要改變或調(diào)整優(yōu)先權(quán)就困難。此時，只有使用程序?qū)δ承?中斷源的請求進行屏蔽的辦法來改變先后次序。 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 42頁 級中斷與多級中斷 （ 5/7） 二、中斷優(yōu)先級判定 4、編碼電路判優(yōu)法 （ 1）實現(xiàn) （ A）各中斷源通過自己的請求信號線 （ B）中斷請求信號，都被送到一個中斷優(yōu)先權(quán)編碼電路中，由這個電路對各個請求進行編碼和判優(yōu)。每個中斷請求各有自己所對應(yīng)的唯一編碼。經(jīng)判別后，代表最高優(yōu)先權(quán)的中斷源的編碼被送到 得到響應(yīng)。需要時，如在允許中斷嵌套時，這個電路還可以把選擇出的最高優(yōu)先權(quán)編碼與 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 43頁 級中斷與多級中斷 （ 6/7） 二、中斷優(yōu)先級判定 4、編碼電路判優(yōu)法 （ 2）例： 8個請求源： 編碼 3位 6， 5， 4， 3， 2， 1， 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 X 0 0 1 0 0 0 0 0 1 X X 0 1 0 0 0 0 0 1 X X X 0 1 1 0 0 0 1 X X X X 1 0 0 0 0 1 X X X X X 1 0 1 0 1 X X X X X X 1 1 0 1 X X X X X X X 1 1 1 說明： 00 02 11 優(yōu)先級： 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 44頁 級中斷與多級中斷 （ 7/7） 二、中斷優(yōu)先級判定 5、多組結(jié)構(gòu)判優(yōu)法 （ 1）實現(xiàn)：這是一種兩維的優(yōu)先權(quán)結(jié)構(gòu)。中斷請求以組的形式發(fā)向組有一條中斷請求線，各組的中斷請求都通過自己的請求線到達 后對最高優(yōu)先權(quán)組發(fā)出相應(yīng)的響應(yīng)信號。每組都有自己的中斷響應(yīng)線，接收到內(nèi)設(shè)備優(yōu)先權(quán)判定采用了串行鏈式電路（當然也可以采用編碼比較電路），處在前面的中斷源設(shè)備，其優(yōu)先權(quán)高。 （ 2）兩級判優(yōu)：當有一個或多個中斷請求發(fā)生時， 定其中最高優(yōu)先權(quán)組，再對這個組發(fā)出中斷響應(yīng)信號，進行組內(nèi)的優(yōu)先權(quán)判定，經(jīng)過兩次選優(yōu)后，就可得到同時請求設(shè)備中最高優(yōu)先權(quán)組的最高優(yōu)先權(quán)設(shè)備。 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 45頁 本的 擇型和多路型 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 46頁 直接內(nèi)存訪問（ 一種完全由硬件執(zhí)行 I/這種方式中， 據(jù)交換不經(jīng)過直接在內(nèi)存和 I/改地址，對傳送的字的個數(shù)計數(shù)，并且以中斷方式向 于 此省去了 數(shù)、送數(shù)等操作。在數(shù)據(jù)傳送過程中，沒有保存現(xiàn)場、恢復(fù)現(xiàn)場之類的工作。內(nèi)存地址修改、傳送字個數(shù)的計數(shù)等等，也不是由軟件實現(xiàn)，而是用硬件線路直接實現(xiàn)的。 多種 （ 1）從外圍設(shè)備發(fā)出 （ 2） （ 3）由 決定數(shù)據(jù)傳送的內(nèi)存單元地址及數(shù)據(jù)（ 4）向 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 47頁 （ 1/6） 1、工作過程 （ 1）預(yù)處理。 如，設(shè)置 明數(shù)據(jù)存儲的主存地址；設(shè)置字節(jié)計數(shù)寄存器，指明此次傳送的數(shù)據(jù)量等；然后開放 備好接收外設(shè)的請求。 （ 2） 設(shè)要進行數(shù)據(jù)傳送時，向由 用響應(yīng)信號通知 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 48頁 （ 2/6） 1、工作過程 （ 3） 明外設(shè)的 以開始數(shù)據(jù)交換。同時， 儲器和外設(shè)的傳送控制信號。在這些信號的控制下，外設(shè)與主存通過系統(tǒng)的總線直接交換數(shù)據(jù)。 （ 4）判斷 用它可以知道此次預(yù)定的數(shù)據(jù)量傳送完否。如果尚未完成，則自動修改存儲器地址，并開始再次 （ 5）最后， 果 會告知 行相應(yīng)的處理。 可能為下次的輸出準備好數(shù)據(jù)，還可能又要對 便隨時開始響應(yīng)新的 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 49頁 （ 3/6） 2、分析 （ 1）系統(tǒng)效率提高：與程序中斷相比 （ 2） （ A） 預(yù)置參數(shù) （ B） 傳送后處理及出錯處理 （ 3） 應(yīng)具有中斷能力。 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 50頁 （ 4/6） 3、 （ 1） （ A） 始進行數(shù)據(jù)傳送。在一批數(shù)據(jù)傳送完畢后， 把總線控制權(quán)交回給 （ B）優(yōu)點：控制簡單，適用于數(shù)據(jù)傳輸率很高的設(shè)備進行成組傳送。 缺點：在 響了 （ 2） （ A）一旦外設(shè)有 時， 是不進行訪問主存操作或者說處于等待狀態(tài)。 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 51頁 （ 5/6） 3、 （ 2） （ B）方法： 周期挪用 當外設(shè)請求 個主存周期進行 果此時 影響 一方面，如果 就產(chǎn)生了沖突，通常 在 用了一、二個主存周期，意味著 周期擴展 當外設(shè)請求 統(tǒng)利用專門的時鐘電路，一方面給 時延緩 一方面給 周期交替 如果 以在 果有 利用 種方法不需要總線控制權(quán)的請求與響應(yīng)，對 稱為“透明的 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 52頁 （ 6/6） 3、 （ 2） （ C） 缺點是 常一次只能傳送一個數(shù)據(jù)， 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 53頁 本的 發(fā)送內(nèi)存地址 傳送一個字數(shù)據(jù) 修改地址指針和字計數(shù)器 傳送是否結(jié)束 N Y 圖 8圖 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 54頁 擇型和多路型 1、 選擇型 選擇型 在邏輯上只允許連接一個設(shè)備。 2、多路型 選擇型 多路型 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 55頁 道的基本概念 道的類型 道控制方式工作過程和通道內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 計算機組成原理 第八章輸入輸出系統(tǒng) 2016年 3月 14日 第 56頁 道的基本概念 （ 1/5） I/是因為通道是一個特殊功能的處理器，它有自己的指令和程序?qū)ｉT負責數(shù)據(jù)輸入輸出的傳輸控制，而 輸控制”的功能下放給通道后只負責“數(shù)據(jù)處理”功能。這樣，通道與 現(xiàn)了 在通道控制方式下，一個主機可以連接幾個通道。每個通道又可以連接多臺外設(shè)，這些設(shè)備可具有不同速度，可以是不同種類。這種輸入輸出系統(tǒng)增強了主機與通道操作的并行能力以及各通道之間、同一通道的各設(shè)備