計算機組成原理第七章輸入輸出系統(tǒng)

1、7.6 DMA方式方式7.5 程序中斷方式程序中斷方式7.4 程序查詢方式程序查詢方式7.3 I/O接口接口7.2 外部設備外部設備7.1 概述概述計算機計算機I/O系統(tǒng)結構圖系統(tǒng)結構圖一、輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)展概況一、輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)展概況無無I/O技術技術程序查詢程序查詢I/O方式方式程序中斷方式程序中斷方式直接內存存取直接內存存取(Direct Memory Access, DMA)方式方式通道通道(Channel)方式方式外圍處理機外圍處理機(Peripheral Processor Unit, PPU)方式方式1、無、無I/O技術技術(1) 輻射式連接輻射式連接 外設外設 外設外設 外設

2、外設 主主機機特點特點（1）每個）每個I/O設備利用各自的邏輯控制電路與設備利用各自的邏輯控制電路與CPU相連相連（2）I/O與與CPU交換信息時，交換信息時，CPU必須停止其他工作必須停止其他工作（3）I/O設備控制電路與設備控制電路與CPU控制器緊密結合不分隔控制器緊密結合不分隔缺點：線路復雜缺點：線路復雜缺點：效率低下缺點：效率低下缺點：不易擴充設備缺點：不易擴充設備（2）總線及接口技術的引入）總線及接口技術的引入 主主 機機接接 口口接接 口口設設 備備 1設設 備備n 總線總線特點：特點：1）總線連接，易于刪減設備，故障率低）總線連接，易于刪減設備，故障率低 2）接口可以使不同的外設

3、更方便的接入計算機系統(tǒng)）接口可以使不同的外設更方便的接入計算機系統(tǒng)2、程序查詢、程序查詢I/O方式方式CPU讀讀I/O狀態(tài)狀態(tài)檢查狀態(tài)檢查狀態(tài)未準備就緒未準備就緒N數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)傳送YCPU主動去查詢外設主動去查詢外設 在這種方式中數(shù)據(jù)在在這種方式中數(shù)據(jù)在CPU與外圍設備之間的傳送完全與外圍設備之間的傳送完全靠計算機程序控制，是在靠計算機程序控制，是在CPU主動控制下進行的當輸入主動控制下進行的當輸入輸出時，輸出時，CPU暫停執(zhí)行本程序，轉去執(zhí)行輸入輸出的服務暫停執(zhí)行本程序，轉去執(zhí)行輸入輸出的服務程序，根據(jù)服務程序中的程序，根據(jù)服務程序中的I/O指令進行數(shù)據(jù)傳送指令進行數(shù)據(jù)傳送踏步等待踏步等待3

4、. 程序中斷方式程序中斷方式I/O 工作工作CPU 不查詢不查詢CPU 暫?，F(xiàn)行程序暫停現(xiàn)行程序自身準備自身準備與主機交換信息與主機交換信息CPU 和和 I/O 并行工作并行工作中斷服務程序中斷服務程序KK+1沒有踏步等待現(xiàn)象沒有踏步等待現(xiàn)象中斷現(xiàn)行程序中斷現(xiàn)行程序程序中斷方式流程程序中斷方式流程CPU 向向 I/O 發(fā)讀指令發(fā)讀指令CPU 讀讀 I/O 狀態(tài)狀態(tài)檢查狀態(tài)檢查狀態(tài)完成否？完成否？CPU 做其他事情做其他事情I/O 設備工作設備工作準備就緒準備就緒CPU I/O從從 CPU 向主存寫入一個字向主存寫入一個字CPU 主存主存從從 I/O 接口中讀一個字到接口中讀一個字到CPUI/O

5、 CPU中斷請求中斷請求I/O CPU出錯出錯是是否否未錯未錯4. DMA 方式方式主存和主存和 I/O 之間有一條直接數(shù)據(jù)通道之間有一條直接數(shù)據(jù)通道不中斷現(xiàn)行程序不中斷現(xiàn)行程序周期挪用（周期竊?。┲芷谂灿茫ㄖ芷诟`?。〤PU 和和 I/O 并行工作并行工作存取周期結束存取周期結束CPU 執(zhí)行現(xiàn)行程序執(zhí)行現(xiàn)行程序CPU 執(zhí)行現(xiàn)行程序執(zhí)行現(xiàn)行程序DMA請求請求啟動啟動I/OI/O準備準備I/O準備準備一個存取周期一個存取周期實現(xiàn)實現(xiàn)I/O與主存之間的傳送與主存之間的傳送三種方式的三種方式的 CPU 工作效率比較工作效率比較存取周期結束存取周期結束CPU 執(zhí)行現(xiàn)行程序執(zhí)行現(xiàn)行程序CPU 執(zhí)行現(xiàn)行程序

6、執(zhí)行現(xiàn)行程序DMA請求請求啟動啟動I/OI/O準備準備I/O準備準備一個存取周期一個存取周期實現(xiàn)實現(xiàn)I/O與主存與主存之間的傳送之間的傳送CPU 執(zhí)行執(zhí)行現(xiàn)行程序現(xiàn)行程序CPU查詢等待并傳輸查詢等待并傳輸I/O數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)CPU 執(zhí)行執(zhí)行現(xiàn)行程序現(xiàn)行程序啟動啟動I/OI/O 準備及傳送準備及傳送指令執(zhí)行周期結束指令執(zhí)行周期結束CPU 執(zhí)行現(xiàn)行程序執(zhí)行現(xiàn)行程序CPU 執(zhí)行現(xiàn)行程序執(zhí)行現(xiàn)行程序啟動啟動I/O中斷請求中斷請求I/O準備準備I/O準備準備CPU 處理中斷服務程序處理中斷服務程序實現(xiàn)實現(xiàn) I/O 與主機之間的傳送與主機之間的傳送間間斷斷啟動啟動I/O啟動啟動I/OI/O準備準備中斷請求中斷請

7、求啟動啟動I/OI/O準備準備一個存取周期一個存取周期DMA請求請求程序程序查詢查詢方式方式程序程序中斷中斷方式方式DMA 方式方式I/O 準備及傳送準備及傳送間間斷斷I/O準備準備I/O準備準備5. 具有通道結構的階段具有通道結構的階段 CPUM.M通通 道道I/O特點：特點： 1）通道可以看作是一個）通道可以看作是一個I/O處理器，有專用通道指令。處理器，有專用通道指令。 2） I/O通道受通道受CPU控制：啟動、停止控制：啟動、停止 3）通道可以代替）通道可以代替CPU來控制來控制I/O設備以及控制設備以及控制I/O與主與主機進行數(shù)據(jù)交換。機進行數(shù)據(jù)交換。6. 具有具有 I/O 處理機的

8、階段處理機的階段 I/O 處理機又稱外圍處理機（處理機又稱外圍處理機（PPU），基本獨立于主機工作。），基本獨立于主機工作。它即可以完成它即可以完成I/O控制，還可以完成碼制轉換、數(shù)據(jù)校驗等功能。控制，還可以完成碼制轉換、數(shù)據(jù)校驗等功能。使使I/O系統(tǒng)對主機來說獨立性更高。系統(tǒng)對主機來說獨立性更高。二、輸入輸出系統(tǒng)的組成二、輸入輸出系統(tǒng)的組成一、概述一、概述1.外設的基本組成外設的基本組成二、輸入設備二、輸入設備1. 鍵盤鍵盤1）分類：）分類： 按鍵類型可分為壓按式和觸摸式按鍵類型可分為壓按式和觸摸式 編碼方式可分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤編碼方式可分為非編碼鍵盤和編碼鍵盤2）鍵盤處理的基本要求：

9、）鍵盤處理的基本要求： （1）掃描鍵盤；）掃描鍵盤； （2）去抖；）去抖； （3）防止串鍵；）防止串鍵； （4）識別按鍵，形成鍵碼）識別按鍵，形成鍵碼3）結構：）結構： 并行接口并行接口并行接口并行接口+5V10K0列列1列列m列列0行行1行行n行行鍵盤鍵盤鍵鍵.。.。a、無編碼鍵盤：、無編碼鍵盤： 硬件結構最簡單，通過硬件結構最簡單，通過軟件對鍵盤定期掃描軟件對鍵盤定期掃描來檢來檢查有無按鍵并由查有無按鍵并由程序查表程序查表產(chǎn)生編碼。產(chǎn)生編碼。掃描過程如下：掃描過程如下： 把每個鍵分配在把每個鍵分配在 m 列列 n 行矩陣的一個交叉點上，行矩陣的一個交叉點上，通過并行接口向通過并行接口向 n

10、 行行依次送出僅有一行為零、其余各行依次送出僅有一行為零、其余各行均為一的值均為一的值，再用并行接口，再用并行接口讀入讀入 m 列上的取值。列上的取值。 當該值當該值不為不為 FFH （全（全 1 碼）時，表明碼）時，表明有鍵按下有鍵按下，若該值若該值僅含一位零僅含一位零，表明取值為，表明取值為 0 的行、列交叉點的的行、列交叉點的鍵被按下，用一個鍵被按下，用一個對照表對照表即可得到相應鍵的編碼。即可得到相應鍵的編碼。 該方法該方法速度慢速度慢，尚需解決，尚需解決鍵的抖動、多鍵同時鍵的抖動、多鍵同時按按下等等問題。掃描過程舉例如下：下等等問題。掃描過程舉例如下：并行接口并行接口并行接口并行接口

11、+5V10K0列列1列列m-1列列0行行1行行n-1行行鍵盤鍵盤鍵鍵.。.011A鍵鍵1 1 0 1. X向向并行接口并行接口送來送來1 0 1 n 位數(shù)值到位數(shù)值到二極管的負極，二極管的負極，Y向向并行接口并行接口接收接收鍵盤矩陣鍵盤矩陣 m 列送出的列送出的 m 位數(shù)據(jù)。當位數(shù)據(jù)。當A鍵鍵按下去后，按下去后，5V電源送出經(jīng)電阻、電源送出經(jīng)電阻、A鍵鍵、二極管到、二極管到 0 信號處的電流，從而在信號處的電流，從而在 第第 2列產(chǎn)生列產(chǎn)生 0 電平（紅線所示），其他各列都給出高電平，故電平（紅線所示），其他各列都給出高電平，故并行接口并行接口接收到接收到的是的是 1 1 0 1 這樣的這樣的

12、 m 位數(shù)據(jù)。位數(shù)據(jù)。110.。1 1 0 1.二極管二極管 編碼鍵盤原理圖：編碼鍵盤原理圖：2. 鼠標器（鼠標器（Mouse）：）： 鼠標器是一種手持式坐標定位部件，它拖著一根鼠標器是一種手持式坐標定位部件，它拖著一根長線與接口連接，外形有點像老鼠，故名為鼠標。長線與接口連接，外形有點像老鼠，故名為鼠標。 鼠標是由美國科學家恩格爾巴特博士于鼠標是由美國科學家恩格爾巴特博士于1968年年發(fā)明的。由于鼠標極大地改善人機交互，發(fā)明的。由于鼠標極大地改善人機交互，ACM將將1997年的圖靈獎頒發(fā)給了恩格爾巴特博士。年的圖靈獎頒發(fā)給了恩格爾巴特博士。 根據(jù)工作原理和內部構造的不同，鼠標分為：根據(jù)工作原

13、理和內部構造的不同，鼠標分為： （1）機械式鼠標：目前已淘汰。）機械式鼠標：目前已淘汰。 （2）光機式鼠標：正逐漸淘汰。）光機式鼠標：正逐漸淘汰。 （3）光電式鼠標：最常用。）光電式鼠標：最常用。3.觸摸屏觸摸屏 一種對物體的接觸或靠近能產(chǎn)生反應的定位設備，按原理不一種對物體的接觸或靠近能產(chǎn)生反應的定位設備，按原理不同分為電阻式、電容式、表面超聲波式和紅外式等幾種壓感式同分為電阻式、電容式、表面超聲波式和紅外式等幾種壓感式1）電阻式觸摸屏）電阻式觸摸屏 又稱又稱“軟屏軟屏”。電阻觸摸。電阻觸摸屏的屏體部分是一塊與顯示屏的屏體部分是一塊與顯示器表面相匹配的多層復合薄器表面相匹配的多層復合薄膜，由

14、一層塑料或有機玻璃膜，由一層塑料或有機玻璃作為基層，表面涂有一層透作為基層，表面涂有一層透明的導電層，上面再蓋有一明的導電層，上面再蓋有一層外表面硬化處理、光滑防層外表面硬化處理、光滑防刮的塑料層，它的內表面也刮的塑料層，它的內表面也涂有一層透明導電層，在兩涂有一層透明導電層，在兩層導電層之間有許多細小層導電層之間有許多細小 (小于千分之一英寸小于千分之一英寸)的透明的透明隔離點把它們隔開絕緣。隔離點把它們隔開絕緣。 觸摸屏工作時，上下導觸摸屏工作時，上下導體層相當于電阻網(wǎng)絡，如圖體層相當于電阻網(wǎng)絡，如圖所示。當某一層電極加上電所示。當某一層電極加上電壓時，會在該網(wǎng)絡上形成電壓時，會在該網(wǎng)絡上

15、形成電壓梯度。如有外力使得上下壓梯度。如有外力使得上下兩層在某一點接觸，則在電兩層在某一點接觸，則在電極未加電壓的另一層可以測極未加電壓的另一層可以測得接觸點處的電壓，從而知得接觸點處的電壓，從而知道接觸點處的坐標。道接觸點處的坐標。 例如，在頂層的電極例如，在頂層的電極(X+,X)上加上電壓，則在頂層導上加上電壓，則在頂層導體層上形成電壓梯度，當有外力使得上下兩層在某一點接體層上形成電壓梯度，當有外力使得上下兩層在某一點接觸，在底層就可以測得接觸點處的電壓，再根據(jù)該電壓與觸，在底層就可以測得接觸點處的電壓，再根據(jù)該電壓與電極電極(X+)之間的距離關系，知道該處的之間的距離關系，知道該處的X坐

16、標。然后，將坐標。然后，將電壓切換到底層電極電壓切換到底層電極(Y+,Y)上，并在頂層測量接觸點處上，并在頂層測量接觸點處的電壓，從而知道的電壓，從而知道Y坐標。坐標。 2）電容式觸摸屏）電容式觸摸屏 又稱又稱“硬屏硬屏”，是利用，是利用人體的人體的電流電流感應進行工作的。感應進行工作的。電容式觸摸屏電容式觸摸屏是一塊四層復合是一塊四層復合玻璃屏，玻璃屏的內表面和夾玻璃屏，玻璃屏的內表面和夾層各涂有一層層各涂有一層ITO（納米銦錫（納米銦錫金屬氧化物），最外層是一薄金屬氧化物），最外層是一薄層矽土玻璃保護層層矽土玻璃保護層,夾層夾層ITO涂涂層作為工作面，四個角上引出層作為工作面，四個角上引出

17、四個四個電極電極，內層，內層ITO為屏蔽層為屏蔽層以保證良好的工作環(huán)境。以保證良好的工作環(huán)境。 當手指觸摸在金屬層上時，由于人體電場，用戶和觸摸屏當手指觸摸在金屬層上時，由于人體電場，用戶和觸摸屏表面形成以一個表面形成以一個耦合電容耦合電容，對于高頻電流來說，電容是直接導，對于高頻電流來說，電容是直接導體，于是手指從接觸點吸走一個很小的電流。這個電流分從觸體，于是手指從接觸點吸走一個很小的電流。這個電流分從觸摸屏的四角上的電極中流出，并且流經(jīng)這四個電極的電流與手摸屏的四角上的電極中流出，并且流經(jīng)這四個電極的電流與手指到四角的距離成正比，控制器通過對這四個電流比例的精確指到四角的距離成正比，控制

18、器通過對這四個電流比例的精確計算，得出觸摸點的位置計算，得出觸摸點的位置 。三、輸出設備三、輸出設備 燈絲燈絲陰極陰極聚焦極聚焦極石墨層石墨層熒光屏熒光屏顯示屏顯示屏陽極帽陽極帽(高壓高壓)偏轉線圈偏轉線圈柵極柵極陽極陽極電子槍電子槍電子束電子束 電子束有足夠的強度和速度電子束有足夠的強度和速度 電子束要足夠細電子束要足夠細 電子束運動方向要高度可控電子束運動方向要高度可控 熒光粉的顆粒要足夠精細和均勻熒光粉的顆粒要足夠精細和均勻逐行掃描過程示意：逐行掃描過程示意：隔行掃描過程示意：以隔行掃描過程示意：以625線為例線為例四、輔存設備四、輔存設備 1.概述概述 與主存相比容量大與主存相比容量大

19、,速度慢速度慢,價格低價格低,可脫機保存信息?？擅摍C保存信息。 輔助存儲器用于存放當前不需立即使用的信息輔助存儲器用于存放當前不需立即使用的信息,一旦需要一旦需要,再再和主存成批地交換數(shù)據(jù)。因此，和主存成批地交換數(shù)據(jù)。因此，輔存不直接和輔存不直接和CPU交換信息交換信息。 輔助存儲器主要有輔助存儲器主要有磁表面存儲器磁表面存儲器和和光存儲器光存儲器兩大類兩大類. 磁表面存儲器是將磁性材料沉積在盤片磁表面存儲器是將磁性材料沉積在盤片(或帶或帶)的基體上形成的基體上形成記錄介質記錄介質,并以繞有線圈的磁頭與記錄介質的相對運動來寫入或并以繞有線圈的磁頭與記錄介質的相對運動來寫入或讀出信息讀出信息.

20、磁表面存儲器有數(shù)字式磁記錄磁表面存儲器有數(shù)字式磁記錄,如硬盤如硬盤,軟盤和磁帶軟盤和磁帶. 模擬式磁模擬式磁記錄記錄,如錄音如錄音,錄像設備錄像設備 光存儲器主要是光盤光存儲器主要是光盤,它是利用激光束在具有感光特性的表它是利用激光束在具有感光特性的表面上存儲信息面上存儲信息.2. 磁表面存儲器的技術指磁表面存儲器的技術指 標標1）記錄密度記錄密度：單位長度或單位面積內所存儲二進制信息量。單位長度或單位面積內所存儲二進制信息量。 對磁盤存儲器用對磁盤存儲器用道密度道密度和和位密度位密度表示表示,也可以用兩者的乘也可以用兩者的乘積積面密度面密度表示表示. 對磁帶存儲器對磁帶存儲器,則主要用位密度

21、表示則主要用位密度表示.磁道磁道是磁盤表面上的許是磁盤表面上的許多同心圓多同心圓. 在有多個盤片構成的盤在有多個盤片構成的盤組中組中,由處在同一半徑的由處在同一半徑的磁道組成的一個圓柱面磁道組成的一個圓柱面,稱為稱為柱面柱面.道密度：道密度：沿磁盤半徑方向單位長度的磁道數(shù)。單位是道沿磁盤半徑方向單位長度的磁道數(shù)。單位是道/英寸英寸(簡簡稱稱TPI)或道或道/毫米毫米 （TPM）。）。 磁道具有一定的寬度磁道具有一定的寬度,叫叫道寬道寬. 它取決于磁頭的工作間隙長它取決于磁頭的工作間隙長度及磁頭定位精度等因素度及磁頭定位精度等因素.為避免干擾為避免干擾,磁道與磁道之間需保持一磁道與磁道之間需保持

22、一定距離定距離,相鄰兩條磁道中心線之間的距離叫相鄰兩條磁道中心線之間的距離叫道距道距. 位密度或線密度位密度或線密度：單位長度磁道所能記錄二進制信息的位數(shù)。單單位長度磁道所能記錄二進制信息的位數(shù)。單位是位位是位/英寸（英寸（ bpi)或位或位/毫米毫米 （bpm）注意：各磁道上所記錄的信息量是相同的而位密度不同注意：各磁道上所記錄的信息量是相同的而位密度不同 對于磁帶對于磁帶,其磁道是沿著磁帶長度方向的直線其磁道是沿著磁帶長度方向的直線,存儲密度主要存儲密度主要用位密度來衡量用位密度來衡量. 例如例如,常用磁帶的記錄密度有常用磁帶的記錄密度有800bpi,1600bpi和和6250bpi等多種

23、等多種.2）存儲容量）存儲容量：輔存所能存儲的二進制信息總量輔存所能存儲的二進制信息總量以磁盤存儲器為例以磁盤存儲器為例 c=n*k*s c存儲總容量，存儲總容量，n存放信息的盤面數(shù)，存放信息的盤面數(shù)，k每盤磁道數(shù)，每盤磁道數(shù)，s每道每道二進制數(shù)。二進制數(shù)。 格式化容量格式化容量:指按照某種特定的記錄格式所能存儲信息的總指按照某種特定的記錄格式所能存儲信息的總量量,也就是用戶真正可以使用的容量。也就是用戶真正可以使用的容量。 非格式化容量非格式化容量: 磁記錄表面可以利用的磁化單元總數(shù)磁記錄表面可以利用的磁化單元總數(shù).將磁將磁盤存儲器用于計算機系統(tǒng)中盤存儲器用于計算機系統(tǒng)中,必須首先進行格式化

24、操作必須首先進行格式化操作,然后才能然后才能供用戶記錄信息供用戶記錄信息,格式化容量一般約為非格式化的格式化容量一般約為非格式化的60%70%。3)數(shù)據(jù)傳輸率數(shù)據(jù)傳輸率：磁表面存儲器在單位時間內與主機之間傳送數(shù)磁表面存儲器在單位時間內與主機之間傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)或字節(jié)數(shù)，它與記錄密度據(jù)的位數(shù)或字節(jié)數(shù)，它與記錄密度D和記錄介質的運動速度和記錄介質的運動速度V有有關：關：DrDV。4）誤碼率）誤碼率：誤碼率是衡量磁表面存儲器出錯概率的參數(shù)：誤碼率是衡量磁表面存儲器出錯概率的參數(shù).它等它等于從輔存讀出時于從輔存讀出時,出錯信息位數(shù)和讀出的總信息位數(shù)之比出錯信息位數(shù)和讀出的總信息位數(shù)之比5）平均尋址時間）

25、平均尋址時間 磁盤存儲器采取直接存取方式時磁盤存儲器采取直接存取方式時,尋址時間包括兩部分尋址時間包括兩部分: 一是磁頭尋找目標磁道所需的一是磁頭尋找目標磁道所需的找道時間找道時間ts; 二是找到磁道以后二是找到磁道以后,磁頭等待所需要讀寫的區(qū)段旋轉到它的下方所需要的磁頭等待所需要讀寫的區(qū)段旋轉到它的下方所需要的等待時間等待時間tw. 由于尋找相鄰磁道和從最外面磁由于尋找相鄰磁道和從最外面磁道找到最里面磁道所需的時間不同道找到最里面磁道所需的時間不同,磁磁頭等待不同區(qū)段所花的時間也不同頭等待不同區(qū)段所花的時間也不同,因因此此,取它們的平均值取它們的平均值,稱作稱作平均尋址時間平均尋址時間Ta,

26、它由平均找道時間它由平均找道時間Tsa和平均等待和平均等待時間時間Twa組成組成:Ta=Tsa+Twa=(tsmax+tsmin)/2+(twmax+twmin)/2 磁帶存儲器采取順序存取方式磁帶存儲器采取順序存取方式,不需要尋找磁道不需要尋找磁道,但需要考慮磁頭尋但需要考慮磁頭尋找記錄區(qū)的等待時間找記錄區(qū)的等待時間,尋址時間指的尋址時間指的是磁帶空轉到磁頭應訪問記錄區(qū)所是磁帶空轉到磁頭應訪問記錄區(qū)所在位置的時間在位置的時間.3.磁記錄原理磁記錄原理 寫寫局部磁化單元局部磁化單元載磁體載磁體寫線圈寫線圈SNI局部磁化單元局部磁化單元寫線圈寫線圈SN鐵芯鐵芯磁通磁通磁層磁層寫入寫入“0”寫入寫

27、入“1”IN讀線圈讀線圈S讀線圈讀線圈SN鐵芯鐵芯磁通磁通磁層磁層運動方向運動方向運動方向運動方向ssttffee讀出讀出 “0”讀出讀出 “1”讀讀4. 硬磁盤存儲器硬磁盤存儲器1） 分類分類（1）按磁頭的工作方式）按磁頭的工作方式 移動磁頭磁盤存儲器移動磁頭磁盤存儲器: 存取數(shù)據(jù)時存取數(shù)據(jù)時,磁頭在磁盤盤面上徑向移磁頭在磁盤盤面上徑向移動動,磁頭與盤面不接觸磁頭與盤面不接觸,且隨氣流浮動且隨氣流浮動,稱為浮動磁頭稱為浮動磁頭. 盤片的每面都盤片的每面都有一個磁頭有一個磁頭. 固定磁頭磁盤存儲器固定磁頭磁盤存儲器: 磁頭位置固定磁頭位置固定,磁盤的每一個磁道都對磁盤的每一個磁道都對應一個磁頭

28、應一個磁頭,盤片也不可更換盤片也不可更換. 其特點是存取速度快其特點是存取速度快. 省去了磁頭沿省去了磁頭沿盤片徑向運動找道時間盤片徑向運動找道時間.（2）按磁盤的可替換性）按磁盤的可替換性 可換盤存儲器可換盤存儲器: 指磁盤不用時可以從驅動器中取出脫機保存指磁盤不用時可以從驅動器中取出脫機保存. 這種磁盤可以在兼容的磁盤存儲器間交換數(shù)據(jù)這種磁盤可以在兼容的磁盤存儲器間交換數(shù)據(jù),由于可脫機保存故由于可脫機保存故便于擴大存儲容量便于擴大存儲容量.為了達到可靠地交換數(shù)據(jù)的目的磁盤的道密度為了達到可靠地交換數(shù)據(jù)的目的磁盤的道密度要適當降低要適當降低. 固定盤存儲器固定盤存儲器: 是指磁盤不能從驅動器

29、中取出是指磁盤不能從驅動器中取出,更換時要把整更換時要把整個個“頭盤組合體頭盤組合體”一起更換一起更換溫徹斯特磁盤（溫盤）溫徹斯特磁盤（溫盤） 1973年，年，IBM研制成功了一種新研制成功了一種新型的硬盤型的硬盤IBM3340這種硬盤擁有幾個這種硬盤擁有幾個同軸的金屬盤片，盤片上涂著磁性材同軸的金屬盤片，盤片上涂著磁性材料。它們和可以移動的磁頭共同密封料。它們和可以移動的磁頭共同密封在一個盒子里面，磁頭能從旋轉的盤在一個盒子里面，磁頭能從旋轉的盤片上讀出磁信號的變化片上讀出磁信號的變化 -這就是我們這就是我們今天是用的硬盤的祖先，今天是用的硬盤的祖先，IBM把它叫把它叫做溫徹斯特硬盤。做溫徹

30、斯特硬盤。 1980年，希捷年，希捷(Seagate)公司制造出了個人電公司制造出了個人電 腦上的第一塊腦上的第一塊溫徹斯特硬盤，這個硬盤與當時的軟驅體積相仿，容量溫徹斯特硬盤，這個硬盤與當時的軟驅體積相仿，容量5MB 。 溫盤是目前使用最廣，可靠性最好，最方便實用的一種磁盤。溫盤是目前使用最廣，可靠性最好，最方便實用的一種磁盤。 其特點為：將磁頭和盤片、驅動部分、讀寫電路密封在一個盒其特點為：將磁頭和盤片、驅動部分、讀寫電路密封在一個盒子內，稱為子內，稱為“頭盤組合體頭盤組合體”。更換時要對整個頭盤組合體作一次整。更換時要對整個頭盤組合體作一次整體更換。頭盤組合體內部結構屬可移動頭固定盤片組

31、結構。體更換。頭盤組合體內部結構屬可移動頭固定盤片組結構。2） 硬磁盤存儲器結構硬磁盤存儲器結構磁磁 盤盤 控控 制制 器器磁磁 盤盤 驅驅 動動 器器盤盤 片片主主 機機磁盤磁盤磁磁盤盤組組主軸主軸磁頭磁頭音圈音圈電機電機位置檢測位置檢測定位驅動定位驅動模擬控制模擬控制放放大大閉環(huán)自動控制系統(tǒng)閉環(huán)自動控制系統(tǒng)由磁盤控制由磁盤控制器送來的目器送來的目標磁道信號標磁道信號測測速速輸輸出出讀寫臂讀寫臂傳動機構傳動機構主軸主軸定位驅動定位驅動數(shù)據(jù)控制數(shù)據(jù)控制(1) 磁盤驅動器磁盤驅動器(2) 磁盤控制器磁盤控制器 接受主機發(fā)來的命令，轉換成磁盤驅動器的控制命令接受主機發(fā)來的命令，轉換成磁盤驅動器的控

32、制命令 實現(xiàn)主機和驅動器之間的數(shù)據(jù)格式轉換實現(xiàn)主機和驅動器之間的數(shù)據(jù)格式轉換 控制磁盤驅動器讀寫控制磁盤驅動器讀寫通過總線通過總線(3) 盤片盤片對主機對主機對硬盤（設備）對硬盤（設備）磁盤控制器磁盤控制器 是是主機與磁盤驅動器之間的主機與磁盤驅動器之間的 接口接口由硬質鋁合金材料制成由硬質鋁合金材料制成3）硬盤的記錄格式）硬盤的記錄格式（1）幾個概念）幾個概念 盤面盤面：每張盤片具有上、下兩面，均可用來記錄信息，稱為：每張盤片具有上、下兩面，均可用來記錄信息，稱為盤面。對于多片盤片組成的盤組，通常最上面、最下面不用，作盤面。對于多片盤片組成的盤組，通常最上面、最下面不用，作為保護面。為保護面

33、。 記錄區(qū)記錄區(qū)：盤片中間有一個圓孔，穿在主軸上。為保證信息的：盤片中間有一個圓孔，穿在主軸上。為保證信息的可靠性，通?？拷鬏S孔和盤邊的部分不用，因此信息記錄在可靠性，通?？拷鬏S孔和盤邊的部分不用，因此信息記錄在盤面上一個環(huán)狀的有效記錄區(qū)內。盤面上一個環(huán)狀的有效記錄區(qū)內。 磁道磁道：磁頭在盤面上記錄信息的軌跡為許多由內向外排列的：磁頭在盤面上記錄信息的軌跡為許多由內向外排列的同心圓，稱為同心圓，稱為“磁道磁道”。二進制信息沿磁道串行分布。二進制信息沿磁道串行分布。 圓柱面圓柱面：盤組記錄信息時為了節(jié)省磁頭移動時間，通常在一：盤組記錄信息時為了節(jié)省磁頭移動時間，通常在一個磁道存滿后，繼續(xù)存放

34、在另一盤面的同一磁道上，則不同盤面?zhèn)€磁道存滿后，繼續(xù)存放在另一盤面的同一磁道上，則不同盤面的同一磁道可看成是一圓柱面，存取操作沿柱面進行。的同一磁道可看成是一圓柱面，存取操作沿柱面進行。 扇區(qū)扇區(qū)：一個盤面通常分成若干區(qū)，稱為扇區(qū)。這樣每條磁道就：一個盤面通常分成若干區(qū)，稱為扇區(qū)。這樣每條磁道就被分為若干個被分為若干個扇段扇段。扇段為磁盤尋址的最小單位扇段為磁盤尋址的最小單位，而不是字節(jié)。，而不是字節(jié)。 扇區(qū)的大小可由硬件劃分，稱扇區(qū)的大小可由硬件劃分，稱“硬分區(qū)硬分區(qū)”；也可由軟件劃分，；也可由軟件劃分，稱稱“軟分區(qū)軟分區(qū)”。 硬分區(qū)硬分區(qū)：在盤面上兩個扇區(qū)的交界處打孔或缺口，通過光電：在盤

35、面上兩個扇區(qū)的交界處打孔或缺口，通過光電檢測等手段對這些孔進行檢測，硬件上設扇區(qū)計數(shù)器，每檢測到檢測等手段對這些孔進行檢測，硬件上設扇區(qū)計數(shù)器，每檢測到一個孔，就發(fā)一個脈沖（扇標脈沖），對計數(shù)器進行計數(shù)，則計一個孔，就發(fā)一個脈沖（扇標脈沖），對計數(shù)器進行計數(shù)，則計數(shù)器中從數(shù)器中從0開始的計數(shù)值即為扇區(qū)號。開始的計數(shù)值即為扇區(qū)號。 軟分區(qū)軟分區(qū)：不設扇標脈沖，扇區(qū)的劃分通過軟件將格式信息寫：不設扇標脈沖，扇區(qū)的劃分通過軟件將格式信息寫入磁道進行。入磁道進行。 不論是軟分區(qū)還是硬分區(qū)，為了標識一個磁道信息的起始，不論是軟分區(qū)還是硬分區(qū)，為了標識一個磁道信息的起始，都在每個磁道的起始處打一個索引孔，

36、通過光電檢測的方法獲得都在每個磁道的起始處打一個索引孔，通過光電檢測的方法獲得一個脈沖，稱為一個脈沖，稱為“0索引索引”。隨著磁盤的旋轉，。隨著磁盤的旋轉，0索引脈沖的到索引脈沖的到來標志著來標志著0扇區(qū)的開始。扇區(qū)的開始。磁盤地址：磁盤地址：磁道號磁道號 磁頭號磁頭號（2）定長記錄格式：扇區(qū)中存放的數(shù)據(jù)塊大小固定。這種格式）定長記錄格式：扇區(qū)中存放的數(shù)據(jù)塊大小固定。這種格式較適合硬分區(qū)的結構，簡單但記錄區(qū)的空間利用率不高。較適合硬分區(qū)的結構，簡單但記錄區(qū)的空間利用率不高。（3）不定長記錄格式：扇區(qū)中存放的數(shù)據(jù)塊大小可變。這種格）不定長記錄格式：扇區(qū)中存放的數(shù)據(jù)塊大小可變。這種格式較適合軟分區(qū)

37、的情況，靈活性和空間利用率較高。式較適合軟分區(qū)的情況，靈活性和空間利用率較高。5、軟磁盤存儲器、軟磁盤存儲器1）概述）概述速度速度磁頭磁頭盤片盤片價格價格環(huán)境環(huán)境硬盤硬盤軟盤軟盤高高低低固定、活動固定、活動活動活動固定盤、盤組固定盤、盤組大部分不可換大部分不可換可換盤片可換盤片苛刻苛刻浮動浮動接觸盤片接觸盤片高高低低2） 軟盤片軟盤片由聚酯薄膜制成由聚酯薄膜制成保護套保護套主軸孔主軸孔實際的軟盤片實際的軟盤片寫保護口寫保護口讀讀/寫磁頭訪問槽寫磁頭訪問槽襯里襯里/清潔材料清潔材料6.光盤存儲器光盤存儲器 應用激光在某種介質上寫入信息應用激光在某種介質上寫入信息,然后再利用激光讀出信息的然后再利

38、用激光讀出信息的技術稱為光存儲技術技術稱為光存儲技術. 如果光存儲使用的介質是磁性材料如果光存儲使用的介質是磁性材料,亦即利用激光在磁記錄介亦即利用激光在磁記錄介質上存儲信息質上存儲信息,就稱為磁光存儲就稱為磁光存儲.光盤的分類光盤的分類只讀型光盤只讀型光盤(CD-ROM)只寫一次型光盤只寫一次型光盤(WORM)可擦寫型光盤可擦寫型光盤光盤庫光盤庫(光盤自動換盤機光盤自動換盤機) CD-R刻錄機：是一次性寫入的刻錄機有刻錄機：是一次性寫入的刻錄機有SCSI和和IDE接口兩種接口兩種,用于數(shù)據(jù)備份或娛樂用于數(shù)據(jù)備份或娛樂. CD-RW：是可擦寫的刻錄機：是可擦寫的刻錄機,可刻錄可刻錄CD-RW和

39、和CD-R光盤光盤.光盤庫：它的基本構件光盤庫：它的基本構件 光盤架光盤架,存放光盤存放光盤15個光盤機個光盤機機械機械手手(換盤機構換盤機構) 控制器控制器 形變形變：對光盤寫入時：對光盤寫入時,將激光束聚焦成直徑小于將激光束聚焦成直徑小于1m的微小光點的微小光點,以其熱以其熱作用作用,融化盤表面上的光融化盤表面上的光存儲介質薄膜存儲介質薄膜,在薄膜上在薄膜上形成凹坑形成凹坑.坑的邊緣形成坑的邊緣形成“1”,無坑的地方或坑底無坑的地方或坑底都是都是“0”. 讀出時讀出時,凹坑邊緣反凹坑邊緣反射的光有變化射的光有變化,信息為信息為“1”,平坦處平坦處(坑底也是坑底也是)反反射的光無變化射的光無

40、變化,信息為信息為“0”. 由于讀出光束的功由于讀出光束的功率只有寫入光束功率的率只有寫入光束功率的1/10,因此不會融出新的因此不會融出新的凹坑凹坑.硬盤硬盤,軟盤軟盤,磁帶和光盤的比較磁帶和光盤的比較硬盤硬盤 容量大容量大,數(shù)據(jù)傳輸率高數(shù)據(jù)傳輸率高,等待時間短等待時間短,關鍵技術是提高位密度關鍵技術是提高位密度bpi和道密度和道密度TPI,采采用溫徹斯特技術將磁頭盤片和定位系統(tǒng)組合在一個密封的盒內用溫徹斯特技術將磁頭盤片和定位系統(tǒng)組合在一個密封的盒內. 為了用于便攜機為了用于便攜機,更提出了減輕重量更提出了減輕重量,承受撞擊的要求承受撞擊的要求,為降低功耗為降低功耗,還必須有電源管理控制功

41、能等還必須有電源管理控制功能等軟盤軟盤 軟盤片可靈活裝卸軟盤片可靈活裝卸,便于攜帶和交換便于攜帶和交換,介質又便宜介質又便宜,既可存儲系統(tǒng)和應用軟件既可存儲系統(tǒng)和應用軟件,又又可用于數(shù)據(jù)輸入輸出用戶用軟盤片作為自己的小數(shù)據(jù)庫和軟件庫可用于數(shù)據(jù)輸入輸出用戶用軟盤片作為自己的小數(shù)據(jù)庫和軟件庫. 光磁軟盤容量光磁軟盤容量可達幾十可達幾十MB200MB磁帶磁帶 數(shù)據(jù)傳輸率低數(shù)據(jù)傳輸率低,容量大容量大,每兆字節(jié)價格低每兆字節(jié)價格低,便于裝卸便于裝卸,交換和攜帶交換和攜帶. 作為磁盤的后作為磁盤的后備存儲備存儲光盤光盤存儲密度高存儲密度高,容量大價格低容量大價格低,壽命長和可替換壽命長和可替換,可擦寫的磁

42、光盤集磁記錄和光存的優(yōu)可擦寫的磁光盤集磁記錄和光存的優(yōu)點點,其存儲密度比磁盤高十幾倍其存儲密度比磁盤高十幾倍幾十倍幾十倍,信息可保存信息可保存60100年年(磁盤一般為磁盤一般為35年年)位成本比磁盤低位成本比磁盤低,抗干擾能力強抗干擾能力強. 光盤記錄頭份量重光盤記錄頭份量重,體積大使尋道時間長體積大使尋道時間長(30100ms),寫入速度低寫入速度低(目前約目前約0.2秒秒),主機交換數(shù)據(jù)的速度不匹配主機交換數(shù)據(jù)的速度不匹配,故不能作為故不能作為計算機的中間存儲器計算機的中間存儲器,這是光盤不能替換硬盤的主要原因這是光盤不能替換硬盤的主要原因. 光盤介質可互換光盤介質可互換,存儲量存儲量大

43、大,可用作文獻檔案等可用作文獻檔案等一、概述一、概述二、接口的功能和組成二、接口的功能和組成(1) 設備選擇線設備選擇線(2) 數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線(3) 命令線命令線(4) 狀態(tài)線狀態(tài)線I/O 接口接口設備設備I/O 接口接口設備設備數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線命令線命令線狀態(tài)線狀態(tài)線I/O總線總線設備選擇線設備選擇線 總線連接方式的總線連接方式的 I/O 接口電路接口電路2. 接口的功能和組成接口的功能和組成接口的主要功能有：接口的主要功能有：（1）地址識別與設備選擇）地址識別與設備選擇（2）接收、保存）接收、保存CPU的的I/O控制命令控制命令 （3）反映外設的工作狀態(tài)）反映外設的工作狀態(tài)（4）信號轉換）信號轉

44、換（5）數(shù)據(jù)格式、碼制的轉換與數(shù)據(jù)檢錯）數(shù)據(jù)格式、碼制的轉換與數(shù)據(jù)檢錯/糾錯糾錯 （6）傳送數(shù)據(jù)）傳送數(shù)據(jù)（7）中斷）中斷3. I/O 接口的基本組接口的基本組 成成 命令寄存器命令寄存器和命令譯碼器和命令譯碼器 設備選擇設備選擇 電路電路 設備狀態(tài)設備狀態(tài) 標記標記 數(shù)據(jù)緩沖數(shù)據(jù)緩沖 寄存器寄存器DBR 控制邏輯電路控制邏輯電路I/O接口接口外外 部部 設設 備備數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線命令命令狀態(tài)狀態(tài)數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線命令線命令線狀態(tài)線狀態(tài)線CPU地址線地址線接口中包含的端口接口中包含的端口數(shù)據(jù)端口數(shù)據(jù)端口控制端口控制端口狀態(tài)端口狀態(tài)端口暫存數(shù)據(jù)信息暫存數(shù)據(jù)信息接受控制信息接受控制信息反映接口外設的狀態(tài)信息

45、反映接口外設的狀態(tài)信息在用戶看來：在用戶看來： CPU了解外設的狀態(tài)、了解外設的狀態(tài)、 控制外設的工作、控制外設的工作、 與外設交換數(shù)據(jù)，與外設交換數(shù)據(jù)， 都是通過接口中都是通過接口中用戶可見的寄存器用戶可見的寄存器端口端口(Port) 的的“讀讀/寫寫”來實現(xiàn)的。這些來實現(xiàn)的。這些端口端口通過總線與通過總線與CPU互連?；ミB。CPUI/O外設外設系統(tǒng)系統(tǒng)外設外設I/O接口電路接口電路數(shù)據(jù)口數(shù)據(jù)口狀態(tài)口狀態(tài)口命令口命令口端口地址端口地址譯碼選擇譯碼選擇控制邏輯控制邏輯ABDBDB狀態(tài)信息狀態(tài)信息命令數(shù)據(jù)命令數(shù)據(jù)CBCB（1）統(tǒng)一編址：）統(tǒng)一編址：I/O與內存統(tǒng)一進行編址與內存統(tǒng)一進行編址p占用

46、內存編址空間占用內存編址空間p可利用訪存指令訪問可利用訪存指令訪問I/O口口 特點：特點： 圖示：圖示：內存空間內存空間00000HFFFFFH供供I/O口使用口使用p不占用內存的編址空間不占用內存的編址空間p有專門的輸入輸出指令有專門的輸入輸出指令 特點：特點： 圖示：圖示：內存空間內存空間00000HFFFFFHI/O空間空間0000HFFFFH互不干擾互不干擾（2）獨立編址：）獨立編址：I/O與內存有各自獨立的與內存有各自獨立的 地址空間，互不干擾。地址空間，互不干擾。5. I/O 口的編址方式口的編址方式三、接口類型三、接口類型并行接口并行接口串行接口串行接口可編程接口可編程接口不可編

47、程接口不可編程接口通用接口通用接口專用接口專用接口1. 按數(shù)據(jù)按數(shù)據(jù) 傳送方式傳送方式 分類分類2. 按功能按功能 選擇的靈活性選擇的靈活性 分類分類3. 按按 通用性通用性 分類分類4. 按數(shù)據(jù)傳送的按數(shù)據(jù)傳送的 控制方式控制方式 分類分類中斷接口中斷接口DMA 接口接口Intel 8255Intel 8251Intel 8255、 Intel 8251Intel 8212Intel 8255、 Intel 8251Intel 8279、 Intel 8275Intel 8259Intel 82578259A8251串行接口串行接口A/D與與D/A134256788088系統(tǒng)主機板組成系統(tǒng)主

48、機板組成38都是都是典型的接口典型的接口80 x86系列微處理器采用系列微處理器采用I/O獨立編址獨立編址，其設置的專用，其設置的專用I/O指令為：指令為： 輸入指令輸入指令IN 輸出指令輸出指令OUT 。四、四、80 x86系列計算機的系列計算機的I/O指令指令OUT n, ALIN AL, nIN AX, nOUT DX, ALOUT n, AXOUT DX, AXIN AL, DXIN AX, DX如如如如出出 CPU 的寄存器的寄存器 端口地址端口地址入入 CPU 的寄存器的寄存器端口地址端口地址例如，例如，Intel 80 x86中的輸入指令為中的輸入指令為IN指令，輸出指令為指令，

49、輸出指令為OUT指令。指令。 功能是：功能是：累加器累加器AX（或（或AL）與）與I/O端口端口之間的數(shù)據(jù)交換之間的數(shù)據(jù)交換 其中，其中，使用使用AX傳送的是一個字（傳送的是一個字（16位數(shù)據(jù)），位數(shù)據(jù)）， 使用使用AL傳送的是一個字節(jié)（傳送的是一個字節(jié)（8位數(shù)據(jù)）。位數(shù)據(jù)）。在外設在外設單獨編址單獨編址的機器中，的機器中，需要設置此類指令！需要設置此類指令！一、含義：在這種方式中數(shù)據(jù)在一、含義：在這種方式中數(shù)據(jù)在CPU與外圍設備之間的傳送與外圍設備之間的傳送完全靠計算機程序控制，是在完全靠計算機程序控制，是在CPU主動控制下進行的當輸入主動控制下進行的當輸入輸出時，輸出時，CPU暫停執(zhí)行本程

50、序，轉去執(zhí)行輸入輸出的服務暫停執(zhí)行本程序，轉去執(zhí)行輸入輸出的服務程序，根據(jù)服務程序中的程序，根據(jù)服務程序中的I/O指令進行數(shù)據(jù)傳送指令進行數(shù)據(jù)傳送三、程序查詢方式的接口電路三、程序查詢方式的接口電路設備選擇電設備選擇電 路路QQ&準備就準備就 緒緒啟動命啟動命 令令地址地址 線線SEL啟動設備啟動設備設備工作設備工作 結束結束 DB10 10RRSSQn+1=S+/RQn ;SR=0設備選擇電路設備選擇電路DBRQQ&數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 線線準備就緒準備就緒啟動命令啟動命令地址線地址線SEL輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)啟動設備啟動設備設備工作設備工作 結束結束DB10 10工作過程工作過程以輸入為例

51、以輸入為例KK+1中斷服務程序中斷服務程序入口入口 凡是向凡是向CPU提出中斷請求的各種因素，統(tǒng)稱為提出中斷請求的各種因素，統(tǒng)稱為中斷源中斷源。（可以是硬件也可以是軟件）（可以是硬件也可以是軟件）2. 引起中斷的各種因素引起中斷的各種因素(1) 人為設置的中斷人為設置的中斷(2) 程序性事故程序性事故如如 轉管指令轉管指令溢出、操作碼不能識別、除法非法溢出、操作碼不能識別、除法非法(5) 外部事件外部事件(4) I/O 設備設備(3) 硬件故障硬件故障用用 鍵盤中斷鍵盤中斷 現(xiàn)行程序現(xiàn)行程序轉管指令轉管指令管理程序管理程序3.中斷的內容中斷的內容 其中，中斷請求和中斷判優(yōu)一般由其中，中斷請求和

52、中斷判優(yōu)一般由IO接口完成；而接口完成；而中斷響應、中斷服務和中斷返回由中斷響應、中斷服務和中斷返回由CPU完成完成 處理器處理器內部必須增加相關的硬件，如：內部必須增加相關的硬件，如：接受中斷請求信號的引腳接受中斷請求信號的引腳INTR、發(fā)出中斷響應信號的引腳發(fā)出中斷響應信號的引腳INTA、“中斷狀態(tài)中斷狀態(tài)”觸發(fā)器觸發(fā)器INT、“中斷允許中斷允許”標志標志EINT、將將ENIT置為置為1的的“開中斷開中斷”指令指令STI、將將ENIT清為清為0的的“關中斷關中斷”指令指令CLI將程序斷點將程序斷點“彈回彈回”PC的中斷返回指令的中斷返回指令 IRET等，等，要支持中斷，需要多方的配合：要支

53、持中斷，需要多方的配合：接口接口中要設置：中要設置： 中斷請求觸發(fā)器中斷請求觸發(fā)器“INTR” 中斷屏蔽觸發(fā)器中斷屏蔽觸發(fā)器MASK。CPUF主存主存中必須存儲：中必須存儲： 處理不同中斷請求的中斷服務程序。處理不同中斷請求的中斷服務程序。（中斷）接口（中斷）接口主存主存實現(xiàn)中斷的軟實現(xiàn)中斷的軟/硬件，總稱為硬件，總稱為。二、中斷的特點及其作用二、中斷的特點及其作用1.特點：特點：實時性（隨機性）實時性（隨機性）2.作用作用注意注意： 中斷的發(fā)生是隨機的。在實現(xiàn)中斷時，必須做到：不中斷的發(fā)生是隨機的。在實現(xiàn)中斷時，必須做到：不管一個程序在執(zhí)行的過程中，是否被中斷，中斷多少次，管一個程序在執(zhí)行的

54、過程中，是否被中斷，中斷多少次，其最其最終的運行結果必須是唯一的。終的運行結果必須是唯一的。 當有多個中斷源向當有多個中斷源向CPU提出中斷請求時，提出中斷請求時，CPU必須堅持的必須堅持的原則是：在原則是：在任何一個時刻只能為一個中斷源任何一個時刻只能為一個中斷源的請求提供服務。的請求提供服務。發(fā)中斷請求發(fā)中斷請求 空空 閑閑接接 收收數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)接接 收收數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)準準 備備發(fā)中斷請求發(fā)中斷請求 打打 印印打打 印印打印機打印機執(zhí)行主程序執(zhí)行主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序響應中響應中 斷斷中斷返中斷返 回回響應中響應中 斷斷中斷返中斷返 回回 啟動啟動打印打印 機

55、機傳送傳送數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù)傳傳 送送數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù)CPU四、四、 中斷系統(tǒng)需解決的問題中斷系統(tǒng)需解決的問題(1) 各中斷源各中斷源 如何如何 向向 CPU 提出請求提出請求 ？(2) 各中斷源各中斷源 同時同時 提出提出 請求請求 怎么辦怎么辦 ？(5) 如何如何 尋找入口地址尋找入口地址 ？(4) 如何如何 保護現(xiàn)場保護現(xiàn)場 ？(3) CPU 什么什么 條件條件、什么、什么 時間時間、以什么、以什么 方式方式 響應中斷響應中斷 ？(6) 如何如何 恢復現(xiàn)場恢復現(xiàn)場，如何，如何 返回返回 ？(7) 處理中斷的過程中又處理中斷的過程中又 出現(xiàn)新的中斷出現(xiàn)新的中斷 怎么辦怎么辦 ？硬件硬件 軟件軟件配置中斷

56、請求觸發(fā)器和中斷屏蔽觸發(fā)配置中斷請求觸發(fā)器和中斷屏蔽觸發(fā) 器器DQ&1INTR 中斷請求觸發(fā)中斷請求觸發(fā) 器器MASK 中斷屏蔽觸發(fā)中斷屏蔽觸發(fā) 器器來自來自 CPU 的的中斷查詢信中斷查詢信 號號受設備本身控受設備本身控 制制INTR D MASKQD 完成觸發(fā)器完成觸發(fā)器 中斷請求中斷請求 1 1 1 & 1 & 1 &INTR1INTR2INTR3INTR4INTP1INTP2INTP3INTP4INTR1 、 INTR2 、 INTR3 、 INTR4 優(yōu)先級優(yōu)先級 按按 降序降序 排列排列 2. 中斷判優(yōu)邏輯中斷判優(yōu)邏輯1INTP11INTP21INT

57、P31INTP4&INTR1INTR2INTR3INTR4INTR1INTR2INTR3INTR4 1& 1& 1& 1& INTP1 INTP2INTP3 INTP4 INTR2INTR1INTR1INTR21&INTP2A、B、C 優(yōu)先級按優(yōu)先級按 降序降序 排列排列(3) 軟件實現(xiàn)（程序查詢）軟件實現(xiàn)（程序查詢）否否是否是否 A 請求？請求？是否是否 B 請求？請求？是否是否 C 請求？請求？轉轉 A 的服務程序的服務程序入口地址入口地址轉轉 B 的服務程序的服務程序入口地址入口地址轉轉 C 的服務程序的服務程序入口地址入口地址是是是是是是

58、否否否否3.中斷服務程序入口地址的尋找中斷服務程序入口地址的尋找1） 軟件查詢法軟件查詢法中斷識別程序中斷識別程序（入口地址（入口地址 M）地地 址址說說 明明指指 令令 M JMP 1# SR1# D = 1 轉轉1# 服務程序服務程序 SKP DZ 2# JMP 2# SR2# D = 0 跳跳2# D = 1 轉轉2# 服務程序服務程序 SKP DZ 8# JMP 8# SR8# D = 0 跳跳8# D = 1 轉轉8# 服務程序服務程序八個中斷源八個中斷源 1、2、 8 按按 降序降序 排列排列 SKP DZ 1#1# D = 0 跳跳（D為完成觸發(fā)器）為完成觸發(fā)器）優(yōu)點：不需要增加

59、硬件，可以靈活改變中斷源的優(yōu)先級；優(yōu)點：不需要增加硬件，可以靈活改變中斷源的優(yōu)先級；缺點：占用缺點：占用CPU時間，處理速度慢，優(yōu)先級低的中斷請求需要等時間，處理速度慢，優(yōu)先級低的中斷請求需要等待較長時間才能開始中斷服務待較長時間才能開始中斷服務2） 硬件向量法硬件向量法入口地址入口地址 200入口地址入口地址 300入口地址入口地址 40012 H13 H14 H主存主存12 H13 H14 HJMP 200JMP 300JMP 400主存主存向量地址向量地址 12H、13H、14H入口地址入口地址 200、 300、 400向量地向量地 址址排隊器輸排隊器輸 出出中斷向量地址中斷向量地址

60、形成部件形成部件 設備設備編碼器編碼器1 0 0 0000100100 1 0 0000100111） CPU 響應中斷的條件和時響應中斷的條件和時 間間(1) 條件條件(2) 時間時間中斷中斷允許觸發(fā)器允許觸發(fā)器 EINT = 1用用 開中斷開中斷 指令置指令置 “1” EINT用用 關中斷關中斷 指令置指令置“ 0” EINT 或硬件或硬件 自動復位自動復位當當 D = 1（隨機）且（隨機）且 MASK = 0 時時在每條指令執(zhí)行階段的結束前在每條指令執(zhí)行階段的結束前CPU 發(fā)發(fā) 中斷查詢信號中斷查詢信號（將（將 INTR 置置“1”）4. 中斷響應中斷響應2） 中斷隱指令中斷隱指令(1) 保護程序斷點保護程序斷點(2) 尋找服務程序入口地址尋找服務程序入口地址(3) 硬件硬件 關