計(jì)算機(jī)組成原理8

1、第八章 輸入輸出系統(tǒng)8.1 外圍設(shè)備的定時(shí)方式與信息交換方式8.2 程序中斷方式8.3 DMA方式8.4 通道方式 8.5 通用I/O標(biāo)準(zhǔn)接口8.1 外圍設(shè)備的定時(shí)方式與信息交換方式 8.1.1 外圍設(shè)備的定時(shí)方式外圍設(shè)備的定時(shí)方式 外圍設(shè)備的種類(lèi)相當(dāng)繁多，有機(jī)械式和電動(dòng)式，也有電子式和其他形式。其輸入信號(hào)，可以是數(shù)字式的電壓，也可以是模擬式的電壓和電流。從信息傳輸速率來(lái)講，相差也很懸殊。如果把高速工作的主機(jī)同不同速度工作的外圍設(shè)備相連接，如何保證主機(jī)與外圍設(shè)備在時(shí)間上同步？這就是我們要討論的外圍設(shè)備的定時(shí)問(wèn)題定時(shí)問(wèn)題。 輸入輸入/輸出設(shè)備同輸出設(shè)備同CPU交換數(shù)據(jù)的過(guò)程：交換數(shù)據(jù)的過(guò)程：輸入

2、過(guò)程：輸入過(guò)程： (1) CPU把一個(gè)地址值放在地址總線上，這一步將選擇某一輸入設(shè)備； (2) CPU等候輸入設(shè)備的數(shù)據(jù)成為有效； (3) CPU從數(shù)據(jù)總線讀入數(shù)據(jù)，并放在一個(gè)相應(yīng)的寄存器中。輸出過(guò)程：輸出過(guò)程： (1) CPU把一個(gè)地址值放在地址總線上，選擇輸出設(shè)備； (2) CPU把數(shù)據(jù)放在數(shù)據(jù)總線上； (3) 輸出設(shè)備認(rèn)為數(shù)據(jù)有效，從而把數(shù)據(jù)取走。問(wèn)題的關(guān)鍵在于：?jiǎn)栴}的關(guān)鍵在于：究竟什么時(shí)候數(shù)據(jù)才成為有效? 很顯然，由于輸入/輸出設(shè)備本身的速度差異很大，因此，對(duì)于不同速度的外圍設(shè)備，需要有不同的定時(shí)方式，總的說(shuō)來(lái)，CPU與外圍設(shè)備之間的定時(shí)，有以下三種情況。 1. 速度極慢或簡(jiǎn)單的外圍設(shè)

3、備速度極慢或簡(jiǎn)單的外圍設(shè)備 這類(lèi)設(shè)備CPU只要接收或發(fā)送數(shù)據(jù)即可。2. 慢速或中速的外圍設(shè)備慢速或中速的外圍設(shè)備 CPU與這類(lèi)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換通常采用異異步定時(shí)方式步定時(shí)方式，即為應(yīng)答式應(yīng)答式的數(shù)據(jù)交換 。3. 高速的外圍設(shè)備高速的外圍設(shè)備 通常采用同步定時(shí)方式同步定時(shí)方式，或采用直接內(nèi)存訪問(wèn)(DMA)方式8.1.2信息交換方式信息交換方式 在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，CPU管理外圍設(shè)備有以下幾種方式： 1. 程序查詢方式程序查詢方式 2. 程序中斷方式程序中斷方式 3. 直接內(nèi)存訪問(wèn)直接內(nèi)存訪問(wèn)(DMA)方式方式 4. 通道方式通道方式 5. 外圍處理機(jī)外圍處理機(jī)(PPU)方式方式 1. 程序查詢方式

4、程序查詢方式 程序查詢方式是早期計(jì)算機(jī)中使用的一種方式。數(shù)據(jù)在CPU和外圍設(shè)備之間的傳送完全靠計(jì)算機(jī)程序控制，查詢方式的優(yōu)點(diǎn)是CPU的操作和外圍設(shè)備的操作能夠同步，而且硬件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。但問(wèn)題是，外圍設(shè)備動(dòng)作很慢，程序進(jìn)入查詢循環(huán)時(shí)將白白浪費(fèi)掉CPU很多時(shí)間，CPU此時(shí)只能等待，不能處理其他業(yè)務(wù)。即使CPU采用定期地由主程序轉(zhuǎn)向查詢?cè)O(shè)備狀態(tài)的子程序進(jìn)行掃描輪詢的辦法，CPU寶貴資源的浪費(fèi)也是可觀的。因此當(dāng)前除單片機(jī)外，很少使用程序查詢方式。2. 程序中斷方式程序中斷方式 中斷中斷是外圍設(shè)備用來(lái)“主動(dòng)”通知CPU準(zhǔn)備送出輸入數(shù)據(jù)或接收輸出數(shù)據(jù)的一種方法。通常當(dāng)一個(gè)中斷發(fā)生時(shí)，CPU暫停它的現(xiàn)行程

5、序而轉(zhuǎn)向中斷處理程序，從而可以輸入或輸出一個(gè)數(shù)據(jù)。當(dāng)中斷處理完畢后，CPU又返回到它原來(lái)的任務(wù)，并從它停止的地方開(kāi)始執(zhí)行程序?？梢钥闯?，它節(jié)省了CPU寶貴的時(shí)間，是管理I/O操作的一個(gè)比較有效的方法。中斷方式一般適用于隨機(jī)出現(xiàn)的服務(wù)，并且一旦提出要求，應(yīng)立即進(jìn)行。同程序查詢方式相比，硬件結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜一些，服務(wù)開(kāi)銷(xiāo)時(shí)間較大。3. 直接內(nèi)存訪問(wèn)直接內(nèi)存訪問(wèn)(DMA)方式方式用中斷方式交換數(shù)據(jù)時(shí)，每處理一次I/O交換約需幾十微秒到幾百微秒。對(duì)于一些高速的外圍設(shè)備以及成組交換數(shù)據(jù)時(shí)，仍然顯得速度太慢。DMA方式是一種完全由硬件執(zhí)行I/O交換的工作方式。這種方式既考慮到中斷響應(yīng)，同時(shí)又要節(jié)約中斷開(kāi)銷(xiāo)。此

6、時(shí)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)存和外圍設(shè)備之間進(jìn)行，以高速傳送數(shù)據(jù)。其主要優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳送速度很高，傳送速率僅受到內(nèi)存訪問(wèn)時(shí)間的限制。與中斷方式相比，需要更多的硬件。DMA方式適用于內(nèi)存和高速外圍設(shè)備之間大批數(shù)據(jù)交換的場(chǎng)合。4. 通道方式通道方式 DMA方式的出現(xiàn)已經(jīng)減輕了CPU對(duì)I/O操作的控制，使得CPU的效率有顯著的提高，而通道的出現(xiàn)則進(jìn)一步提高了CPU的效率。這是因?yàn)?，CPU將部分權(quán)力下放給通道。通道是一個(gè)具有特殊功能的處理器，某些應(yīng)用中稱為輸入輸出處理器輸入輸出處理器(IOP)，它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍設(shè)備的統(tǒng)一管理和外圍設(shè)備與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳送，大

7、大提高了CPU的工作效率。然而這種提高CPU效率的辦法是以花費(fèi)更多硬件為代價(jià)的。5. 外圍處理機(jī)方式外圍處理機(jī)方式 外圍處理機(jī)(PPU)方式是通道方式的進(jìn)一步發(fā)展。由于PPU基本上獨(dú)立于主機(jī)工作，它的結(jié)構(gòu)更接近一般處理機(jī)，甚至就是微小型計(jì)算機(jī)。在一些系統(tǒng)中，設(shè)置了多臺(tái)PPU，分別承擔(dān)I/O控制、通信、維護(hù)診斷等任務(wù)。從某種意義上說(shuō)，這種系統(tǒng)已變成分布式的多機(jī)系統(tǒng)。程序查詢方式和程序中斷方式適用于數(shù)據(jù)傳輸率比較低的外圍設(shè)備，而DMA方式、通道方式和PPU方式適用于數(shù)據(jù)傳輸率比較高的設(shè)備。目前單片機(jī)和微型機(jī)中多采用程序查詢方式、程序中斷方式和DMA方式。通道方式和PPU方式大都用在中、大型計(jì)算機(jī)中

8、。8.2 程序中斷方式8.2.1 中斷的基本概念中斷的基本概念 圖8.2 中斷處理示意圖問(wèn)題說(shuō)明：?jiǎn)栴}說(shuō)明： (1) 盡管外界中斷請(qǐng)求是隨機(jī)的，但CPU只有在當(dāng)前一條指令執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入公操作時(shí)才受理設(shè)備的中斷請(qǐng)求，這樣才不致于使當(dāng)前指令的執(zhí)行受到干擾。公操作是指一條指令執(zhí)行結(jié)束后CPU所進(jìn)行的操作，如中斷處理、直接內(nèi)存?zhèn)魉?、取下條指令等 。外界中斷請(qǐng)求信號(hào)通常存放在接口中的中斷源鎖存器里，并通過(guò)中斷請(qǐng)求線連至CPU，每當(dāng)一條指令執(zhí)行到末尾，CPU便檢查中斷請(qǐng)求信號(hào)。若中斷請(qǐng)求信號(hào)為“1”，則CPU轉(zhuǎn)入“ 中斷周期”，受理外界中斷。(2) 為了在中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢以后正確地返回到原來(lái)主程序

9、被中斷的斷點(diǎn)(PC內(nèi)容)而繼續(xù)執(zhí)行主程序，必須把程序計(jì)數(shù)器PC的內(nèi)容，以及當(dāng)前指令執(zhí)行結(jié)束后CPU的狀態(tài)(包括寄存器的內(nèi)容和一些狀態(tài)標(biāo)志位)都保存到堆棧中去。這些操作叫做保存現(xiàn)場(chǎng)保存現(xiàn)場(chǎng)。 (3) 當(dāng)CPU響應(yīng)中斷后，正要去執(zhí)行中斷服務(wù)程序時(shí)，可能有另一個(gè)新的中斷源向它發(fā)出中斷請(qǐng)求。為了不致造成混亂，在CPU的中斷管理部件中必須有一個(gè)中斷屏蔽中斷屏蔽觸發(fā)器，它可以在程序的控制下置“1”(設(shè)置屏蔽)，或置“0”(取掉屏蔽)。(4) 中斷處理過(guò)程是由硬件和軟件結(jié)合來(lái)完成的。如上圖所示，中斷周期中斷周期由硬件實(shí)現(xiàn)，而中斷服務(wù)程序由機(jī)器指令序列實(shí)現(xiàn)。后者除執(zhí)行保存現(xiàn)場(chǎng)、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)、開(kāi)放中斷并返回主程序任

10、務(wù)外，還對(duì)要求中斷的設(shè)備進(jìn)行服務(wù)，使其同CPU交換一個(gè)字的數(shù)據(jù)，或作其他服務(wù)。 8.2.2 程序中斷方式的基本接口程序中斷方式的基本接口 程序中斷方式的基本接口如下圖所示。程序中斷由外設(shè)接口的狀態(tài)和CPU兩方面來(lái)控制：在接口方面，有決定是否向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求的機(jī)構(gòu)，主要是接口中的“準(zhǔn)備就緒”標(biāo)志(RD)和“允許中斷”標(biāo)志(EI)兩個(gè)觸發(fā)器；在CPU方面，有決定是否受理中斷請(qǐng)求的機(jī)構(gòu)，主要是“中斷請(qǐng)求”標(biāo)志(IR)和“中斷屏蔽”標(biāo)志(IM)兩個(gè)觸發(fā)器。上述四個(gè)標(biāo)志觸發(fā)器的具體功能如下：準(zhǔn)備就緒的標(biāo)志準(zhǔn)備就緒的標(biāo)志(RD)：一旦設(shè)備做好一次數(shù)據(jù)的接收或發(fā)送，便發(fā)出一個(gè)設(shè)備動(dòng)作完畢信號(hào) ，使RD標(biāo)

11、志置“1”。在中斷方式中，該標(biāo)志用作為中斷源觸發(fā)器，簡(jiǎn)稱中斷觸發(fā)器。 允許中斷觸發(fā)器允許中斷觸發(fā)器(EI)：可以用程序指令來(lái)置位。EI為“1”時(shí)，某設(shè)備可以向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求；EI為“0”時(shí)，不能向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，這意味著某中斷源的中斷請(qǐng)求被禁止。設(shè)置EI標(biāo)志的目的，就是通過(guò)軟件來(lái)控制是否允許某設(shè)備發(fā)出中斷請(qǐng)求。中斷請(qǐng)求觸發(fā)器中斷請(qǐng)求觸發(fā)器(IR)：它暫存中斷請(qǐng)求線上由設(shè)備發(fā)出的中斷請(qǐng)求信號(hào)。當(dāng)IR標(biāo)志為“1”時(shí)，表示設(shè)備發(fā)出了中斷請(qǐng)求。 中斷屏蔽觸發(fā)器中斷屏蔽觸發(fā)器(IM)：是CPU是否受理中斷或批準(zhǔn)中斷的標(biāo)志。IM標(biāo)志為“0”時(shí)，CPU可以受理外界的中斷請(qǐng)求，反之，IM標(biāo)志為“1”時(shí)

12、，CPU不受理外界的中斷。 8.2.3 單級(jí)中斷單級(jí)中斷 1. 單級(jí)中斷的概念單級(jí)中斷的概念根據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)中斷處理的策略不同，可分為單級(jí)中斷系統(tǒng)和多級(jí)中斷系統(tǒng)。單級(jí)中斷系統(tǒng)是中斷結(jié)構(gòu)中最基本的形式。在單級(jí)中斷系統(tǒng)中，所有的中斷源都屬于同一級(jí)，所有中斷源觸發(fā)器排成一行，其優(yōu)先次序是離CPU近的優(yōu)先權(quán)高。當(dāng)響應(yīng)某一中斷請(qǐng)求時(shí)，執(zhí)行該中斷源的中斷服務(wù)程序。在此過(guò)程中，不允許其他中斷源再打斷中斷服務(wù)程序，即使優(yōu)先權(quán)比它高的中斷源也不能再打斷。單級(jí)中斷示意圖和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：圖8.5 單級(jí)中斷2. 單級(jí)中斷源的識(shí)別單級(jí)中斷源的識(shí)別如何確定中斷源，并轉(zhuǎn)入被響應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口地址，是中斷處理首先要解決

13、的問(wèn)題。 在單級(jí)中斷中，采用串行排隊(duì)鏈法串行排隊(duì)鏈法來(lái)實(shí)現(xiàn)具有公共請(qǐng)求線的中斷源判優(yōu)識(shí)別。其實(shí)現(xiàn)邏輯結(jié)構(gòu)如下圖示。3. 中斷向量的產(chǎn)生中斷向量的產(chǎn)生由于存儲(chǔ)器的地址碼是一串布爾量的序列，因此常把地址碼稱為向量地址向量地址。 當(dāng)CPU響應(yīng)中斷時(shí)，由硬件直接產(chǎn)生一個(gè)固定的地址(即向量地址)，由向量地址指出每個(gè)中斷源設(shè)備的中斷服務(wù)程序入口，這種方法通常稱為向量中斷向量中斷。顯然，每個(gè)中斷源分別有一個(gè)中斷服務(wù)程序，而每個(gè)中斷服務(wù)程序又有自己的向量地址。當(dāng)CPU識(shí)別出某中斷源時(shí)，由硬件直接產(chǎn)生一個(gè)與該中斷源對(duì)應(yīng)的向量地址，很快便引入中斷服務(wù)程序。向量中斷要求在硬件設(shè)計(jì)時(shí)考慮所有中斷源的向量地址，而實(shí)際中

14、斷時(shí)只能產(chǎn)生一個(gè)向量地址。8.2.4 多級(jí)中斷多級(jí)中斷 1. 多級(jí)中斷的概念多級(jí)中斷的概念多級(jí)中斷系統(tǒng)多級(jí)中斷系統(tǒng)是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中有相當(dāng)多的中斷源，根據(jù)各中斷事件的輕重緩急程度不同而分成若干級(jí)別，每一中斷級(jí)分配給一個(gè)優(yōu)先權(quán)。優(yōu)先權(quán)高的中斷級(jí)可以打斷優(yōu)先權(quán)低的中斷服務(wù)程序，從而可以進(jìn)行程序嵌套方式工作。 根據(jù)系統(tǒng)的配置不同，多級(jí)中斷可分為一維多級(jí)中斷和二維多級(jí)中斷，一維多級(jí)中斷一維多級(jí)中斷是指每一級(jí)中斷里只有一個(gè)中斷源，而二維多級(jí)二維多級(jí)中斷中斷是指每一級(jí)中斷里又有多個(gè)中斷源。2. 多級(jí)中斷源的識(shí)別多級(jí)中斷源的識(shí)別 在多級(jí)中斷中，每一級(jí)均有一根中斷請(qǐng)求線送往CPU的中斷優(yōu)先級(jí)排隊(duì)電路，對(duì)每一級(jí)賦

15、予了不同的優(yōu)先級(jí)。顯然這種結(jié)構(gòu)就是獨(dú)立獨(dú)立請(qǐng)求方式請(qǐng)求方式的邏輯結(jié)構(gòu)。 獨(dú)立請(qǐng)求方式的中斷優(yōu)先級(jí)排隊(duì)與中斷向量產(chǎn)生的邏輯結(jié)構(gòu)如下圖。8.2.5 中斷控制器中斷控制器 8259中斷控制器中斷控制器是一個(gè)集成電路芯片，它將中斷接口與優(yōu)先級(jí)判斷等功能匯集于一身，常用于微型機(jī)系統(tǒng)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖：圖8.9 8259中斷控制器8259的中斷優(yōu)先級(jí)選擇方式有四種：的中斷優(yōu)先級(jí)選擇方式有四種：(1) 完全嵌套方式完全嵌套方式：是一種固定優(yōu)先級(jí)方式，連至IR0設(shè)備優(yōu)先級(jí)最高，IR7的優(yōu)先級(jí)最低。這種固定優(yōu)先級(jí)方式對(duì)級(jí)別低的中斷不利，在有些情況下最低級(jí)別的中斷請(qǐng)求可能一直不能被處理。(2) 輪換優(yōu)先級(jí)方式輪換

16、優(yōu)先級(jí)方式A：每個(gè)級(jí)別的中斷保證有機(jī)會(huì)被處理，將給定的中斷級(jí)別處理完后，立即把它放到最低級(jí)別的位置上去。(3) 輪換優(yōu)先級(jí)方式輪換優(yōu)先級(jí)方式B：要求CPU可在任何時(shí)間規(guī)定最優(yōu)優(yōu)先級(jí)，然后順序地規(guī)定其他IR線上的優(yōu)先級(jí)。(4) 查詢方式查詢方式：由CPU訪問(wèn)8259的中斷狀態(tài)寄存器，一個(gè)狀態(tài)字能表示出正在請(qǐng)求中斷的最高優(yōu)先級(jí)IR線，并能表示出中斷請(qǐng)求是否有效。8259提供了兩種屏蔽方式：提供了兩種屏蔽方式：(1) 簡(jiǎn)單屏蔽方式簡(jiǎn)單屏蔽方式：提供8位屏蔽字，每位對(duì)應(yīng)著各自的IR線。被置位的任一位則禁止了對(duì)應(yīng)IR線上的中斷。(2) 特殊屏蔽方式特殊屏蔽方式：允許CPU讓來(lái)自低優(yōu)先級(jí)的外設(shè)中斷請(qǐng)求去中

17、斷高優(yōu)先級(jí)的服務(wù)程序。當(dāng)8位屏蔽位的某位置“0”時(shí)，例如屏蔽字為11001111，說(shuō)明IR4和IR5線上的中斷請(qǐng)求可中斷任何高級(jí)別的中斷服務(wù)程序。8259中斷控制器的不同工作方式是通過(guò)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。CPU送出一系列的初始化控制字和操作控制字來(lái)執(zhí)行選定的操作。8.2.6 奔騰中斷機(jī)制奔騰中斷機(jī)制1. 中斷類(lèi)型中斷類(lèi)型中斷中斷 通常稱為外部中斷，它是由CPU的外部硬件信號(hào)引發(fā)的。有兩種情況 ：(1) 可屏蔽中斷可屏蔽中斷：CPU的INTR引腳收到中斷請(qǐng)求信號(hào)，如果CPU中標(biāo)志寄存器IF=1時(shí)，可引發(fā)中斷；IF=0時(shí)，中斷請(qǐng)求信號(hào)在CPU內(nèi)部被禁止。 (2) 非屏蔽中斷：非屏蔽中斷：CPU的NMI引

18、腳收到的中斷請(qǐng)求信號(hào)而引發(fā)的中斷，這類(lèi)中斷不能被禁止。異常異常 通常稱為異常中斷，它是由指令執(zhí)行引發(fā)的。有兩種情況：(1) 執(zhí)行異常：執(zhí)行異常： CPU執(zhí)行一條指令過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤、故障等不正常條件引發(fā)的中斷；(2) 執(zhí)行軟件中斷指令執(zhí)行軟件中斷指令： 如執(zhí)行INT 0，INT 3，INT n等指令，執(zhí)行時(shí)產(chǎn)生異常中斷。 pentium共有256種中斷和異常。每種中斷給予一個(gè)中斷向量號(hào)中斷向量號(hào)(0255)。 當(dāng)有一個(gè)以上的異?；蛑袛喟l(fā)生時(shí)，CPU以預(yù)先確定的優(yōu)先順序進(jìn)行先后服務(wù)。中斷優(yōu)先級(jí)分為5級(jí)。異常中斷的優(yōu)先級(jí)高于外部中斷級(jí)，這是因?yàn)楫惓Ｖ袛喟l(fā)生在取指令或譯碼指令或執(zhí)行指令時(shí)出現(xiàn)情況更為緊

19、急的故障。2. 中斷服務(wù)子程序進(jìn)入過(guò)程中斷服務(wù)子程序進(jìn)入過(guò)程中斷服務(wù)子程序的入口地址信息存于中斷向量號(hào)檢索表內(nèi)。實(shí)模式為中斷向量表IVT，保護(hù)模式為中斷描述符表IDT。 CPU識(shí)別中斷類(lèi)型取得中斷向量號(hào)的途徑有三識(shí)別中斷類(lèi)型取得中斷向量號(hào)的途徑有三種：種：(1) 指令給出，如軟件中斷指令I(lǐng)NT n 中的n即為中斷向量號(hào)。(2) 外部提供：可屏蔽中斷是在CPU接收到INTR信號(hào)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)中斷識(shí)別周期，接收外部中斷控制器由數(shù)據(jù)總線送來(lái)的中斷向量號(hào)；非屏蔽中斷是在接收到NMI信號(hào)時(shí)中斷向量號(hào)固定為2。(3) CPU識(shí)別錯(cuò)誤、故障現(xiàn)象，根據(jù)異常和中斷產(chǎn)生的條件自動(dòng)指定向量號(hào)。 CPU依據(jù)中斷向量號(hào)獲取

20、中斷服務(wù)子程序入依據(jù)中斷向量號(hào)獲取中斷服務(wù)子程序入口地址，但在實(shí)模式下和保護(hù)模式下采用不同的口地址，但在實(shí)模式下和保護(hù)模式下采用不同的途徑途徑: 實(shí)模式下使用中斷向量表實(shí)模式下使用中斷向量表 保護(hù)模式下使用中斷描述符表保護(hù)模式下使用中斷描述符表 3. 中斷處理過(guò)程中斷處理過(guò)程(1) 當(dāng)中斷處理的CPU控制權(quán)轉(zhuǎn)移涉及到特權(quán)級(jí)改變時(shí)，必須把當(dāng)前的SS和ESP兩個(gè)寄存器的內(nèi)容壓入系統(tǒng)堆棧予以保存。 (2) 標(biāo)志寄存器EFLAGS的內(nèi)容也壓入堆棧。 (3) 清除標(biāo)志觸發(fā)器TF和IF。 (4) 當(dāng)前代碼段寄存器CS和指令指針EIP也壓入堆棧。(5) 如果中斷發(fā)生伴隨有錯(cuò)誤碼，則錯(cuò)誤碼也壓入此堆棧。 (6

21、) 完成上述中斷現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)后，從中斷向量號(hào)獲取的中斷服務(wù)子程序入口地址(段，偏移)分別裝入CS和EIP，開(kāi)始執(zhí)行中斷服務(wù)子程序。 (7) 中斷服務(wù)子程序最后的IRET指令使中斷返回。保存在堆棧中的中斷現(xiàn)場(chǎng)信息被恢復(fù)，并由中斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行原程序。8.3 DMA方式8.3.1 DMA的基本概念的基本概念 直接內(nèi)存訪問(wèn)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

22、以中斷方式向CPU報(bào)告?zhèn)魉筒僮鞯慕Y(jié)束。 DMA方式的主要優(yōu)點(diǎn)是速度快。方式的主要優(yōu)點(diǎn)是速度快。所以DMA方式能滿足高速I(mǎi)/O設(shè)備的要求，也有利于CPU效率的發(fā)揮。多種多種DMA至少能執(zhí)行以下一些基本操作：至少能執(zhí)行以下一些基本操作： (1) 從外圍設(shè)備發(fā)出DMA請(qǐng)求； (2) CPU響應(yīng)請(qǐng)求，把CPU工作改成DMA操作方式，DMA控制器從CPU接管總線的控制； (3) 由DMA控制器對(duì)內(nèi)存尋址，即決定數(shù)據(jù)傳送的內(nèi)存單元地址及數(shù)據(jù)傳送個(gè)數(shù)的計(jì)數(shù)，并執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送的操作； (4) 向CPU報(bào)告DMA操作的結(jié)束。 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

23、理程序承擔(dān)，而DMA控制器僅負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳送的工作。 8.3.2DMA傳送方式傳送方式DMA技術(shù)的出現(xiàn)，使得外圍設(shè)備可以通過(guò)DMA控制器直接訪問(wèn)內(nèi)存，與此同時(shí)，CPU可以繼續(xù)執(zhí)行程序。DMA控制器與CPU分時(shí)使用內(nèi)存通常采用以下三種方法： 1. 停止停止CPU訪問(wèn)內(nèi)存訪問(wèn)內(nèi)存 2. 周期挪用周期挪用 3. DMA與與CPU交替訪內(nèi)存交替訪內(nèi)存 8.3.3 基本的基本的DMA控制器控制器1. DMA控制器的基本組成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。其邏輯示意圖見(jiàn)文字教材圖8.12。最簡(jiǎn)單的最

24、簡(jiǎn)單的DMA控制器由以下邏輯部件組成：控制器由以下邏輯部件組成： (1) 內(nèi)存地址計(jì)數(shù)器內(nèi)存地址計(jì)數(shù)器 (2) 字計(jì)數(shù)器字計(jì)數(shù)器 (3) 數(shù)據(jù)緩沖寄存器數(shù)據(jù)緩沖寄存器 (4) “DMA請(qǐng)求請(qǐng)求”標(biāo)志標(biāo)志 (5) “控制控制/狀態(tài)狀態(tài)”邏輯邏輯 (6) 中斷機(jī)構(gòu)中斷機(jī)構(gòu) 2. DMA數(shù)據(jù)傳送過(guò)程數(shù)據(jù)傳送過(guò)程 DMA的數(shù)據(jù)塊傳送過(guò)程可分為三個(gè)階段： 傳送前預(yù)處理；傳送前預(yù)處理； 正式傳送；正式傳送； 傳送后處理傳送后處理。 基本基本DMA控制器與系統(tǒng)的連接方式：控制器與系統(tǒng)的連接方式： （1）公用的）公用的DMA請(qǐng)求方式請(qǐng)求方式 （2）獨(dú)立的）獨(dú)立的DMA請(qǐng)求方式，請(qǐng)求方式， 這與中斷方這與中斷方

25、 式類(lèi)似。式類(lèi)似。 8.3.4 選擇型和多路型選擇型和多路型DMA控制器控制器1. 選擇型選擇型DMA控制器控制器選擇型DMA控制器在物理上可以連接多個(gè)設(shè)備，而在邏輯上只允許連接一個(gè)設(shè)備。換句話說(shuō)，在某一段時(shí)間內(nèi)只能為一個(gè)設(shè)備服務(wù)。 選擇型DMA控制器的邏輯框圖如下所示。2. 多路型多路型DMA控制器控制器選擇型DMA控制器不適用于慢速設(shè)備。但多路型DMA控制器適合于同時(shí)為多個(gè)慢速外圍設(shè)備服務(wù)。鏈?zhǔn)蕉嗦沸玩準(zhǔn)蕉嗦沸虳MA控制器控制器和和獨(dú)立請(qǐng)求方式獨(dú)立請(qǐng)求方式多路型多路型DMA控制器控制器如下圖所示如下圖所示 多路型DMA不僅在物理上可以連接多個(gè)外圍設(shè)備，而且在邏輯上也允許這些外圍設(shè)備同時(shí)工作

26、，各設(shè)備以字節(jié)交叉方式通過(guò)DMA控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 8.4 通道方式 8.4.1 通道的功能通道的功能 1. 通道的功能通道的功能通道的出現(xiàn)進(jìn)一步提高了CPU的效率。因?yàn)橥ǖ朗且粋€(gè)特殊功能的處理器，它有自己的指令和程序?qū)ｉT(mén)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)輸入輸出的傳輸控制，而CPU將“傳輸控制”的功能下放給通道后只負(fù)責(zé)“數(shù)據(jù)處理”功能。這樣，通道與CPU分時(shí)使用內(nèi)存，實(shí)現(xiàn)了CPU內(nèi)部運(yùn)算與I/O設(shè) 備的平行工作。 典型的具有通道的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下所示。 該結(jié)構(gòu)具有兩種類(lèi)型的總線，一種是存儲(chǔ)存儲(chǔ)總線總線承擔(dān)通道與內(nèi)存、CPU與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。另一種是通道總線通道總線，即I/O總線承擔(dān)外圍設(shè)備與通道之間的數(shù)

27、 據(jù)傳送任務(wù)。這兩類(lèi)總線可以分別按照各自的時(shí)序同時(shí)進(jìn)行工作。 由上圖看出，通道總線可以接若干個(gè)設(shè)備控制器，一個(gè)設(shè)備控制器可以接一個(gè)或多個(gè)設(shè)備。因此從邏輯結(jié)構(gòu)上講，I/O系統(tǒng)一般具有四級(jí)連接：CPU與內(nèi)存與內(nèi)存通道通道設(shè)備控制器設(shè)備控制器外圍設(shè)備外圍設(shè)備。為了便于通道對(duì)各設(shè)備的統(tǒng)一管理，對(duì)同一系列的機(jī)器，通道與設(shè)備控制器之間都有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口，設(shè)備控制器與設(shè)備之間則根據(jù)設(shè)備要求不同而采用專用接口。2. CPU對(duì)通道的管理對(duì)通道的管理 CPU是通過(guò)執(zhí)行I/O指令以及處理來(lái)自通道的中斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)通道的管理。來(lái)自通道的中斷有兩種，一種是數(shù)據(jù)傳送結(jié)束中斷數(shù)據(jù)傳送結(jié)束中斷，另一種是故障中斷故障中斷。 管態(tài)管

28、態(tài) CPU運(yùn)行操作系統(tǒng)的管理程序的狀態(tài)。 目態(tài)目態(tài) CPU執(zhí)行目的程序時(shí)的狀態(tài)。 大中型計(jì)算機(jī)的I/O指令都是管態(tài)指令，只有當(dāng)CPU處于管態(tài)時(shí)，才能運(yùn)行I/O指令，目態(tài)時(shí)不能運(yùn)行I/O指令。這是因?yàn)榇笾行陀?jì)算機(jī)的軟、硬件資源為多個(gè)用戶所共享，而不是分給某個(gè)用戶專用。3. 通道對(duì)設(shè)備控制器的管理通道對(duì)設(shè)備控制器的管理 通道通過(guò)使用通道指令控制設(shè)備控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送操作，并以通道狀態(tài)字接收設(shè)備控制器反映的外圍設(shè)備的狀態(tài)。因此，設(shè)備控制器是通道對(duì)I/O設(shè)備實(shí)現(xiàn)傳輸控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。設(shè)備控制器的具體任務(wù)如下：設(shè)備控制器的具體任務(wù)如下： (1) 從通道接受通道指令，控制外圍設(shè)備完成 所要求的操作； (2)

29、 向通道反映外圍設(shè)備的狀態(tài)； (3) 將各種外圍設(shè)備的不同信號(hào)轉(zhuǎn)換成通道能 夠識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。 8.4.2 通道的類(lèi)型通道的類(lèi)型1. 選擇通道選擇通道選擇通道選擇通道又稱高速通道，在物理上它可以連接多個(gè)設(shè)備，但是這些設(shè)備不能同時(shí)工作，在某一段時(shí)間內(nèi)通道只能選擇一個(gè)設(shè)備進(jìn)行工作。選擇通道很像一個(gè)單道程序的處理器，在一段時(shí)間內(nèi)只允許執(zhí)行一個(gè)設(shè)備的通道程序，只有當(dāng)這個(gè)設(shè)備的通道程序全部執(zhí)行完畢后，才能執(zhí)行其他設(shè)備的通道程序。2. 數(shù)組多路通道數(shù)組多路通道 基本思想：基本思想：當(dāng)某設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，通道只為該設(shè)備服務(wù)；當(dāng)設(shè)備在執(zhí)行尋址等控制性動(dòng)作時(shí)，通道暫時(shí)斷開(kāi)與這個(gè)設(shè)備的連接，掛起該設(shè)備的通道程序

30、，去為其他設(shè)備服務(wù)，即執(zhí)行其他設(shè)備的通道程序。所以數(shù)組多路通道很像一個(gè)多道程序的處理器。 3. 字節(jié)多路通道字節(jié)多路通道字節(jié)多路通道主要用于連接大量的低速設(shè)備，如鍵盤(pán)、打印機(jī)等等。例如數(shù)據(jù)傳輸率是1000B/s，即傳送1個(gè)字節(jié)的間隔是1ms，而通道從設(shè)備接收或發(fā)送一個(gè)字節(jié)只需要幾百納秒，因此通道在傳送兩個(gè)字節(jié)之間有很多空閑時(shí)間，字節(jié)多路通道正是利用這個(gè)空閑時(shí)間為其他設(shè)備服務(wù)。字節(jié)多路通道和數(shù)組多路通道的共同之處字節(jié)多路通道和數(shù)組多路通道的共同之處：都是多路通道，在一段時(shí)間內(nèi)能交替執(zhí)行多個(gè)設(shè)備的通道程序，使這些設(shè)備同時(shí)工作。字節(jié)多路通道和數(shù)組多路通道的不同之處字節(jié)多路通道和數(shù)組多路通道的不同之處

31、：(1) 數(shù)組多路通道允許多個(gè)設(shè)備同時(shí)工作，但只允許一個(gè)設(shè)備進(jìn)行傳輸型操作，其他設(shè)備進(jìn)行控制型操作。而字節(jié)多路通道不僅允許多個(gè)設(shè)備同時(shí)操作，而且也允許它們同時(shí)進(jìn)行傳輸型操作。(2) 數(shù)組多路通道與設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳送的基本單位是數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)塊，通道必須為一個(gè)設(shè)備傳送完一個(gè)數(shù)據(jù)塊后才能為別的設(shè)備傳送數(shù)據(jù)塊。而字節(jié)多路通道與設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳送的基本單位是字節(jié)字節(jié)，通道為一個(gè)設(shè)備傳送一個(gè)字節(jié)后又可以為另一個(gè)設(shè)備傳送一個(gè)字節(jié)，因此各設(shè)備與通道之間的數(shù)據(jù)傳送是以字節(jié)為單位交替進(jìn)行。8.4.3 通道結(jié)構(gòu)的發(fā)展通道結(jié)構(gòu)的發(fā)展通道結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)展，出現(xiàn)了兩種計(jì)算機(jī)I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu)： 1. 輸入輸出處理器輸入輸出處理器(

32、IOP) 是通道結(jié)構(gòu)的I/O處理器。IOP可以和CPU并行工作，提供高速的DMA處理能力實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳送。但是它不是獨(dú)立于CPU工作的，而是主機(jī)的一個(gè)部件。有些IOP例如Intel 8089 IOP，還提供數(shù)據(jù)的變換、搜索以及字裝配/拆卸能力。這類(lèi)IOP廣泛應(yīng)用于中小型及微型計(jì)算機(jī)中。2. 外圍處理機(jī)外圍處理機(jī)(PPU) PPU基本上是獨(dú)立于主機(jī)工作的，它有自己的指令系統(tǒng)，完成算術(shù)/邏輯運(yùn)算，讀/寫(xiě)主存儲(chǔ)器，與外設(shè)交換信息等。有的外圍處理機(jī)干脆就選用已有的通用機(jī)。外圍處理機(jī)I/O方式一般應(yīng)用于大型高效率的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中。8.5 通用I/O標(biāo)準(zhǔn)接口8.5.1 并行并行I/O標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn)接口SCS

33、ISCSI是小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口的簡(jiǎn)稱，其設(shè)計(jì)思想來(lái)源于IBM大型機(jī)系統(tǒng)的I/O通道結(jié)構(gòu)，目的是使CPU擺脫對(duì)各種設(shè)備的繁雜控制。它是一個(gè)高速智能接口，可以混接各種磁盤(pán)、光盤(pán)、磁 帶機(jī)、打印機(jī)、掃描儀、條碼閱讀器以及通信設(shè)備。它首先應(yīng)用于Macintosh和Sun平臺(tái)上，后來(lái)發(fā)展到工作站、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和pentium系統(tǒng)中，并成為ANSI(美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局)標(biāo)準(zhǔn)。SCSI有如下性能特點(diǎn)：有如下性能特點(diǎn)： (1) SCSI接口總線由8條數(shù)據(jù)線、一條奇偶校驗(yàn)線、9條控制線組成。使用50芯電纜，規(guī)定了兩種電氣條件：?jiǎn)味蓑?qū)動(dòng)，電纜長(zhǎng)6m；差分驅(qū)動(dòng)，電纜最長(zhǎng)25m。 (2) 總線時(shí)鐘頻率為5MHz，異步方式數(shù)

34、據(jù)傳輸率是2.5MB/s，同步方式數(shù)據(jù)傳輸率是5MB/s。 (3) SCSI接口總線以菊花鏈形式最多可連接8臺(tái)設(shè)備。在pentium中通常是：由一個(gè)主適配器HBA與最多7臺(tái)外圍設(shè)備相接，HBA也算作一個(gè)SCSI設(shè)備，由HBA經(jīng)系統(tǒng)總線(如PCI)與CPU相連，如下圖所示。(4) 每個(gè)SCSI設(shè)備有自己的唯一設(shè)備號(hào)ID07。ID=7的設(shè)備具有最高優(yōu)先權(quán)，ID=0的設(shè)備優(yōu)先權(quán)最低。SCSI采用分布式總線仲裁分布式總線仲裁策略。(5) 所謂SCSI設(shè)備設(shè)備是指連接在SCSI總線上的智能設(shè)備，即除主適配器HBA外，其他SCSI設(shè)備實(shí)際是外圍設(shè)備的適配器或控制器。(6) 由于SCSI設(shè)備是智能設(shè)備，對(duì)S

35、CSI總線以至主機(jī)屏蔽了實(shí)際外設(shè)的固有物理屬性(如磁盤(pán)柱面數(shù)、磁頭數(shù)等參數(shù))，各SCSI設(shè)備之間就可用一套標(biāo)準(zhǔn)的命令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，也為設(shè)備的升級(jí)或系統(tǒng)的系列化提供了靈活的處理手段。 (7) SCSI設(shè)備之間是一種對(duì)等關(guān)系，而不是主從關(guān)系。SCSI設(shè)備分為啟動(dòng)設(shè)備(發(fā)命令的設(shè)備 )和目標(biāo)設(shè)備(接受并響應(yīng)命令的設(shè)備) 8.5.2串型串型I/O標(biāo)準(zhǔn)接口標(biāo)準(zhǔn)接口IEEE13941. 1394性能特點(diǎn)性能特點(diǎn) IEEE1394串行接口與SCSI等并行接口相比，有如下三個(gè)顯著特點(diǎn)： (1) 數(shù)據(jù)傳送的高速性 1394的數(shù)據(jù)傳輸率分為100Mb/s、200Mb/s、400Mb/s三檔。而SCSI-2也只有4

36、0MB/s(相當(dāng)于320Mb/s)。這樣的高速特性特別適合于新型高速硬盤(pán)及多媒體數(shù)據(jù)傳送。1394之所以達(dá)到高速，一是串行傳送比并行傳送容易提高數(shù)據(jù)傳送時(shí)鐘速率；二是采用了DS-Link編碼技術(shù)，把時(shí)鐘信號(hào)的變化轉(zhuǎn)變?yōu)檫x通信號(hào)的變化，即使在高的時(shí)鐘速率下也不易引起信號(hào)失真。(2) 數(shù)據(jù)傳送的實(shí)時(shí)性 實(shí)時(shí)性可保證圖像和聲音不會(huì)出現(xiàn)時(shí)斷時(shí)續(xù)的現(xiàn)象，因此對(duì)多媒體數(shù)據(jù)傳送特別重要。1394之所以做到實(shí)時(shí)性，原因有二：一是它除了異步傳送外，還提供了一種等步傳送方式，數(shù)據(jù)以一系列的固定長(zhǎng)度的包規(guī)整間隔地連續(xù)發(fā)送，端到端既有最大延時(shí)限制而又有最小延時(shí)限制；二是總線仲裁除優(yōu)先權(quán)仲裁之外，還有均等仲栽和緊急仲栽

37、方式。 (3) 體積小易安裝，連接方便 1394使用6芯電纜，直徑約為6mm，插座也小。而SCSI使用50芯或68芯電纜，插座體積也大。 在當(dāng)前個(gè)人機(jī)要連接的設(shè)備越來(lái)越多、主機(jī)箱的體積越顯窄小情況下，電纜細(xì)、插座小的1394是很有吸引力的，尤其對(duì)筆記本電腦一類(lèi)機(jī)器。1394的電纜不需要與電纜阻抗匹配的終端，而且電纜上的設(shè)備隨時(shí)可從插座重拔出或插入，即具有熱插入能力。這對(duì)用戶安裝和使用1394設(shè)備很有利。2. 1394配置結(jié)構(gòu)配置結(jié)構(gòu)1394采用菊花鏈?zhǔn)骄栈ㄦ準(zhǔn)脚渲?，也允許樹(shù)形結(jié)樹(shù)形結(jié)構(gòu)構(gòu)配置。事實(shí)上，菊花鏈結(jié)構(gòu)是樹(shù)型結(jié)構(gòu)的一種特殊情況。 1394接口也需要一個(gè)主適配器和系統(tǒng)總線相連。這個(gè)主適配

38、器的功能邏輯在高檔的pentium機(jī)中集成在主板的核心芯片組的PCI總線到ISA總線的橋芯片中。機(jī)箱的背面只看到主適配器的外接端口插座。我們將主適配器及其端口稱為主端口主端口。主端口是1394接口樹(shù)形配置結(jié)構(gòu)的根節(jié)點(diǎn)。一個(gè)主端口最多可連接63臺(tái)設(shè)備，這些設(shè)備稱為節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)，它們構(gòu)成親子關(guān)系。兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間 的電纜最長(zhǎng)為4.5m，但兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通信時(shí)中間最多可經(jīng)過(guò)15個(gè)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)接再驅(qū)動(dòng)，因此通信的最大距離是72m。電纜不需要終端器。IEEE1394配置的實(shí)例如下圖所示。其中右側(cè)是線性鏈接方式，左側(cè)是親子層次鏈接方式。整體是一個(gè)樹(shù)形結(jié)構(gòu)。 1394采用集中式總線仲裁集中式總線仲裁方式。中央仲裁

39、邏輯在主端口內(nèi)，并以先到先服務(wù)方法來(lái)處理節(jié)點(diǎn)提出的總線訪問(wèn)請(qǐng)求。在n個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)提出使用總線請(qǐng)求時(shí)，按照優(yōu)先權(quán)進(jìn)行仲裁。最靠根節(jié)點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)有高的優(yōu)先權(quán)；同樣靠近根節(jié)點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)節(jié)點(diǎn)，其設(shè)備標(biāo)識(shí)號(hào)ID大的有更高優(yōu)先權(quán)。1394具有PnP功能，設(shè)備標(biāo)識(shí)號(hào)是系統(tǒng)自動(dòng)指定的，而不是用戶設(shè)定的。為了保證總線設(shè)備的對(duì)等性和數(shù)據(jù)傳送的實(shí)時(shí)性，1394的總線仲裁增加了均等仲裁和緊急仲裁功能。均等仲裁均等仲裁 是將總線時(shí)間分成均等的間隔，當(dāng)間隔期間開(kāi)始時(shí)，競(jìng)爭(zhēng)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)置位自己的仲 裁允許標(biāo)志，在間隔期內(nèi)各節(jié)點(diǎn)可競(jìng)爭(zhēng)總線的使用權(quán)。一旦某節(jié)點(diǎn)獲得總線訪問(wèn)權(quán)，則它的仲裁允許標(biāo)志被復(fù)位，在此期間它不能再去競(jìng)爭(zhēng)總線，以此來(lái)

40、防止具有高優(yōu)先權(quán)的忙設(shè)備獨(dú)占總線。緊急仲裁緊急仲裁 指對(duì)某些高優(yōu)先權(quán)的節(jié)點(diǎn)可為其指派緊急優(yōu)先權(quán)。具有緊急優(yōu)先權(quán)的節(jié)點(diǎn)可在一個(gè)間隔期內(nèi)多次獲得總線控制權(quán)，允許它控制75%的總線可用時(shí)間。3. 1394協(xié)議集協(xié)議集1394的一個(gè)重要特色是的一個(gè)重要特色是：它規(guī)范了一個(gè)三層協(xié)議集，將串行總線與各外圍設(shè)備的交互動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)化。下圖為IEEE1394協(xié)議集：圖8.22 IEEE 1394協(xié)議集 (1) 業(yè)務(wù)層業(yè)務(wù)層 定義了一個(gè)完整的請(qǐng)求-響應(yīng)協(xié)議實(shí)現(xiàn)總線傳輸，包括讀操作、寫(xiě)操作和鎖定操作。(2) 鏈路層鏈路層 可為應(yīng)用程序直接提供等步數(shù)據(jù)傳送服務(wù)。它支持異步和等步的包發(fā)送和接收。異步包傳送：異步包傳送：是一

41、個(gè)可變總量的數(shù)據(jù)及業(yè)務(wù)層的幾個(gè)信息字節(jié)作為一個(gè)包傳送到顯式地址的目標(biāo)方，并要求返回一個(gè)認(rèn)可包。等步包傳送：等步包傳送：是一個(gè)可變總量的數(shù)據(jù)以一串固定大小的包按照規(guī)整間隔來(lái)發(fā)送，使用簡(jiǎn)化尋址方式，不要求目標(biāo)方認(rèn)可。子動(dòng)作：子動(dòng)作：是1394完成一個(gè)包的遞交過(guò)程。 (3) 物理層物理層 將鏈路層的邏輯信號(hào)根據(jù)不同的串行總線介質(zhì)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)，也為串行總線的接口定義了電氣和機(jī)械特性。實(shí)際上，1394串行接口的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分成“底板環(huán)境”和“電氣環(huán)境”兩部分?？偩€規(guī)范并未要求特別的環(huán)境設(shè)定。所有節(jié)點(diǎn)可嚴(yán)格限定在單一底板上，也可直接連在電纜上。 (4) 串行總線管理串行總線管理 它提供總線節(jié)點(diǎn)所需的標(biāo)準(zhǔn)控制、狀態(tài)寄存器服務(wù)和基本控制功能。 總之，IEEE 1394是一種高速串行I/O標(biāo)準(zhǔn)接口。英特爾、微軟等公司聯(lián)手制定的PC98系統(tǒng)設(shè)計(jì)指南中已明確將1394列為1998年以后的新一代個(gè)人機(jī)新標(biāo)準(zhǔn)。另一個(gè)重大特點(diǎn)是另一個(gè)重大特點(diǎn)是：各被連接裝置的關(guān)系是平等的，不用PC介入也能自成系統(tǒng)。這意味著1394在家電等消費(fèi)類(lèi)設(shè)備的連接