計(jì)算機(jī)原理-計(jì)算機(jī)傳送方式教案

計(jì)算機(jī)信息傳送控制方式教案教學(xué)對(duì)象高三計(jì)算機(jī)（1）班教學(xué)內(nèi)容程序查詢方式，程序中斷方式，DMA方式，通道控制方式教學(xué)目標(biāo)了解幾種基本的輸入輸出信息傳送控制方式了解各種傳送方式的原理教學(xué)重點(diǎn)程序查詢方式，程序中斷方式教學(xué)難點(diǎn)DMA方式，通道控制方式教學(xué)用時(shí)1學(xué)時(shí)教學(xué)教具多媒體教學(xué)系統(tǒng)教學(xué)方法示范法任務(wù)驅(qū)動(dòng)法教學(xué)過程課程導(dǎo)入復(fù)習(xí)上節(jié)課內(nèi)容并提問：計(jì)算機(jī)輸入/輸出接口的概念，組成和功能詳細(xì)內(nèi)容及要求主機(jī)和外設(shè)之間的信息傳送控制方式，經(jīng)歷了由低級(jí)到高級(jí)、簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由集中管理到各部分分散管理的發(fā)展過程。按其發(fā)展的先后次序和主機(jī)與外設(shè)并行工作的程度,可以分為以下四種一、程序查詢方式：程序查詢方式是一種程序直接控制方式，這是主機(jī)和外設(shè)間進(jìn)行信息交換的最簡(jiǎn)單方式，輸入和輸出完全是通過CPU執(zhí)行程序來完成的。I/O傳送數(shù)據(jù)還可分為同步方式和異步方式。L優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需要少量的硬件電路即可。2.缺點(diǎn)：由于CPU的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于外設(shè)，因此在查詢中CPU通常處于等待狀態(tài)，使系統(tǒng)效率大大降低。CPU在一段時(shí)間內(nèi)只能和一臺(tái)外設(shè)交換信息，其他設(shè)備不能同時(shí)工作。不能發(fā)現(xiàn)和處理預(yù)先無法估計(jì)的錯(cuò)誤和異常情況。二、中斷處理方式（程序中斷方式）：主機(jī)啟動(dòng)外設(shè)后無需等待查詢，而是繼續(xù)執(zhí)行原來的程序，外設(shè)在做好輸入/輸出準(zhǔn)備時(shí)，向主機(jī)發(fā)中斷請(qǐng)求，主機(jī)接到請(qǐng)求后就暫時(shí)中止原來執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序一一對(duì)外部請(qǐng)求進(jìn)行處理，在中斷處理完畢后返回原來的程序繼續(xù)執(zhí)行。適用于中、低速外設(shè)。中斷處理過程實(shí)際上是程序的切換過程，即從現(xiàn)行程序切換到中斷服務(wù)程序，再?gòu)闹袛喾?wù)程序返回到現(xiàn)行程序。CPU每次執(zhí)行中斷服務(wù)程序前總要保護(hù)斷點(diǎn)和保護(hù)現(xiàn)場(chǎng),執(zhí)行完中斷服務(wù)程序返回現(xiàn)行程序之前又要恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，恢復(fù)斷點(diǎn)。三、DMA方式：（直接存儲(chǔ)器存?。┲袛喾绞嚼贸绦虮Ｗo(hù)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，再加上執(zhí)行中斷服務(wù)程序，占用主機(jī)時(shí)間過多,有時(shí)候不但CPU的工作效率很低，而且可能丟失數(shù)據(jù)。因此提出一種新的I/O控制方式一一直接存儲(chǔ)器訪問方式，簡(jiǎn)稱DMA方式，使得設(shè)備與存儲(chǔ)器直接交換數(shù)據(jù)，不再經(jīng)過CPU,不破壞CPU現(xiàn)場(chǎng)，也就不需要保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)。DMA控制器代行CPU部分職能，大大加速了數(shù)據(jù)傳輸過程，減少了CPU管理I/O的負(fù)擔(dān)，提高了高速設(shè)備傳送數(shù)據(jù)的可靠性。DMA方式傳送數(shù)據(jù)原理：主機(jī)響應(yīng)設(shè)備的DMA請(qǐng)求后，交出總線控制權(quán)，由DMA控制器代替CPU控制主存讀寫操作。DMA控制器主要包括交換數(shù)據(jù)的主存單元地址寄存器，設(shè)備地址寄存器，交換數(shù)據(jù)的緩沖寄存器，交換數(shù)據(jù)的字?jǐn)?shù)計(jì)數(shù)器，控制和狀態(tài)寄存器等。DMA工作過程：也就是說它不像前兩種方式那樣通過CPU執(zhí)行程序，將外設(shè)的數(shù)據(jù)送入內(nèi)存，或?qū)?nèi)存的數(shù)據(jù)送到外設(shè)輸出，而是直接（不通過CPU）由接口硬件控制系統(tǒng)總線與內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。四、I/O通道控制方式：在大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，所連接的I/O設(shè)備數(shù)量多，輸入輸出頻繁，要求整體的速度快，單純依靠主CPU采取程序中斷和DMA等控制方式已經(jīng)不能滿足要求，于是通道控制方式被引入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。I/O通道控制方式是DMA方式的進(jìn)一步發(fā)展，在系統(tǒng)中設(shè)有通道控制部件，每個(gè)通道掛若干外設(shè)，主機(jī)在執(zhí)行I/O操作時(shí)，只需要啟動(dòng)有關(guān)通道，通道將執(zhí)行通道程序，從而完成I/O操作。通道是一個(gè)具有特殊功能的處理器，它能獨(dú)立地執(zhí)行通道程序，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)外設(shè)的統(tǒng)一管理和外設(shè)與主存之間的數(shù)據(jù)傳送，但它不是一個(gè)完全獨(dú)立的處理器。他要在CPU的I/O指令指揮下才能啟動(dòng)，停止或改變工作狀態(tài)，是從屬于CPU的一個(gè)專用處理器。一個(gè)通道執(zhí)行輸入/輸出過程全部由通道按照通道程序自行處理，不論交換多少信息，只打擾CPU兩次（啟動(dòng)和停止時(shí)）。因此，主機(jī)，外設(shè)和通道可以并行工作，而且一個(gè)通道可以控制多臺(tái)不同類型的設(shè)備。.字節(jié)多路通道：簡(jiǎn)單的共享通道，用于連接與管理多臺(tái)低速設(shè)備，以字節(jié)交叉方式傳送信息。.選擇通道：又稱為高速通道，在物理上它也可以連接多個(gè)設(shè)備，但這些設(shè)備不能同時(shí)工作，在一段時(shí)間內(nèi)通道只能選擇一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，此時(shí)該設(shè)備可以獨(dú)占整個(gè)通道。.數(shù)組多路通道：是把字節(jié)多路通道和選擇通道的特點(diǎn)結(jié)合起來的一種通道結(jié)構(gòu)。數(shù)組多路通道有多個(gè)子通道，既可以執(zhí)行多路通道程序，即像字節(jié)多路通道一樣，所有子通道分時(shí)共享總通道，又可以用選擇通道那樣的方式成組地傳送數(shù)據(jù)，既具有多路并行操作的能力，又具有很高的數(shù)據(jù)的傳輸速率，使通道的效率充分得到發(fā)揮。目前，小型，微型機(jī)大多采用程序查詢方式，程序中斷方式和DMA方式，大，中型機(jī)多采用通道方式。教學(xué)小結(jié)這一節(jié)最為重要的內(nèi)