計(jì)算機(jī)組成原理-第9章

第9章輸入輸出系統(tǒng)

主要內(nèi)容計(jì)算機(jī)的輸入輸出系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為I/O系統(tǒng)，它包括I/O接口、I/O管理部件及有關(guān)軟件，一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的綜合處理能力，系統(tǒng)的可擴(kuò)展性、兼容性和性能價(jià)格比，都和I/O系統(tǒng)有密切關(guān)系。I/O接口CPU與I/O接口之間的信息交換方式（程序控制方式、中斷方式、DMA方式、通道方式、外圍處理機(jī)輸入輸出方式）……9.1I/O接口的類型及其功能

I/O接口（Interface）是計(jì)算機(jī)主機(jī)（CPU）與外圍設(shè)備的連接部件，它是CPU與外圍設(shè)備進(jìn)行信息交換時(shí)所必需的電路，主要用于解決不同設(shè)備與CPU之間的速度差異、數(shù)據(jù)變換與緩沖等問(wèn)題。9.1.1I/O接口的類型

按照數(shù)據(jù)傳送的方式分：并行接口和串行接口按數(shù)據(jù)傳送的控制方式分：程序控制方式接口（包括無(wú)條件傳送方式、程序查詢方式、程序中斷方式）、直接存儲(chǔ)器存取(DMA)接口、通道方式接口和I/O處理機(jī)等按通用性分類：通用接口和專用接口。按輸入/輸出的信號(hào)分類：I/O接口可分為數(shù)字接口和模擬接口兩種。9.1.2I/O接口的功能

1．尋址I/O接口為每一個(gè)外圍設(shè)備都分配一個(gè)地址碼。以便CPU訪問(wèn)某個(gè)外圍設(shè)備時(shí)能夠根據(jù)給定的設(shè)備地址找到此設(shè)備。2．?dāng)?shù)據(jù)緩沖

3．預(yù)處理

4．控制功能

9.2CPU與I/O接口之間的信息傳送方式

外圍設(shè)備的定時(shí)方式：CPU與外圍設(shè)備的定時(shí)，有三種情況：速度極慢或簡(jiǎn)單的外圍設(shè)備，如機(jī)械開(kāi)關(guān)、顯示二極管等，CPU總是能足夠快地作出響應(yīng)。慢速或中速的外圍設(shè)備：這類設(shè)備的速度和CPU的速度并不在一個(gè)數(shù)量級(jí)，或者由于設(shè)備（如鍵盤）本身是在不規(guī)則時(shí)間間隔下操作的，因此，CPU與這類設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換通常采用異步方式。高速的外部設(shè)備：這類設(shè)備以相等的時(shí)間間隔操作，而CPU也是以等間隔的速率執(zhí)行輸入/輸出指令，因此，這種方式叫做同步定時(shí)方式。一旦CPU和外設(shè)發(fā)生同步，它們之間的數(shù)據(jù)交換便靠時(shí)鐘脈沖控制來(lái)進(jìn)行。9.2CPU與I/O接口之間的信息傳送方式

程序查詢方式：數(shù)據(jù)在CPU和外圍設(shè)備之間的傳送完全靠程序控制。程序中斷方式：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)或接受輸出輸出數(shù)據(jù)的一種方法。通常，一個(gè)中斷發(fā)生時(shí)，CPU暫停它的現(xiàn)行程序，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)。直接內(nèi)存訪問(wèn)（DMA）方式通道方式外圍處理機(jī)方式9.2.2DMA方式

DMA方式即直接內(nèi)存訪問(wèn)（DirectMemoryAccess），是一種完全由硬件執(zhí)行I/O信息交換的工作方式。在這種方式下，CPU并不參與實(shí)際的I/O數(shù)據(jù)傳送，而是由專門的DMA控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)存與外設(shè)之間，以及外設(shè)與外設(shè)之間的直接高速傳送。由于它基本是以硬件的速度傳遞數(shù)據(jù)，幾乎沒(méi)有額外開(kāi)銷，因此傳輸效率很高，并顯著地減輕了CPU的負(fù)擔(dān)。

9.2.3I/O通道方式

I/O通道控制(I/Ochannelcontrol)方式簡(jiǎn)稱通道方式。它用專門處理I/O操作的處理器（稱為通道）協(xié)助CPU完成輸入輸出操作。通道是一個(gè)具有特殊功能的處理器，在某些應(yīng)用中稱為輸入輸出處理器（IOP）。通道可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍設(shè)備的統(tǒng)一管理以及外圍設(shè)備與主存之間的信息傳送。同DMA方式相比，通道方式進(jìn)一步提高了CPU的效率。這種信息傳送方式適用于配備外設(shè)多、數(shù)據(jù)傳送頻繁的大、中型計(jì)算機(jī)中。

9.2.4外圍處理機(jī)方式

外圍處理機(jī)(peripheralprocessorunit，簡(jiǎn)稱PPU)方式是通道方式的進(jìn)一步發(fā)展。外圍處理機(jī)的結(jié)構(gòu)更接近于一般的處理機(jī)，甚至就是微小型計(jì)算機(jī)，它基本上獨(dú)立于主機(jī)工作。在某些系統(tǒng)中設(shè)置了多臺(tái)PPU，分別承擔(dān)I/O控制、通信、診斷等任務(wù)。從某種意義上說(shuō)，這種系統(tǒng)已經(jīng)成為一種分布式的多機(jī)系統(tǒng)。

9.3程序中斷方式

9.3.1中斷的基本概念中斷指CPU在正常運(yùn)行程序時(shí)，由于內(nèi)部／外部事件或由程序的預(yù)先安排使CPU中斷正在運(yùn)行的程序，而轉(zhuǎn)到為內(nèi)部／外部事件或?yàn)轭A(yù)先安排的事件服務(wù)的程序中去。服務(wù)完畢，再返回去繼續(xù)執(zhí)行被暫時(shí)中斷的程序。內(nèi)部／外部事件或?yàn)轭A(yù)先安排的事件往往比CPU當(dāng)前正在運(yùn)行的程序更加緊迫。這種暫時(shí)停止當(dāng)前運(yùn)行的程序而去執(zhí)行其它緊迫任務(wù)的過(guò)程叫做中斷。

程序中斷方式與程序查詢方式不同的是，程序中斷方式并不需要CPU定期查詢外部設(shè)備是否準(zhǔn)備好。需要傳送信息時(shí)，CPU只需在主程序中發(fā)出啟動(dòng)外設(shè)的命令，就可繼續(xù)運(yùn)行主程序的后續(xù)指令，不需要反復(fù)查詢外部設(shè)備的狀態(tài)。當(dāng)外設(shè)已準(zhǔn)備好，需要和CPU交換數(shù)據(jù)時(shí)，它就通過(guò)I/O接口給CPU一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)。CPU于是響應(yīng)接口的中斷請(qǐng)求，暫停正在執(zhí)行的程序（通常稱為主程序），插入I/O操作程序（稱為中斷服務(wù)子程序），完成數(shù)據(jù)傳輸。由于CPU省去了對(duì)外設(shè)狀態(tài)查詢和等待的時(shí)間，因此CPU與外設(shè)可以并行工作，這大大提高了CPU的效率。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)當(dāng)立即執(zhí)行。同查詢方式，中斷方式的硬件結(jié)構(gòu)要復(fù)雜一些，且服務(wù)開(kāi)銷時(shí)間較大。9.3.2中斷類型

1、自愿性中斷與強(qiáng)迫性中斷自愿性中斷是用戶在程序中有意識(shí)安排的中斷，是由于用戶在編制程序時(shí)因?yàn)橐蟛僮飨到y(tǒng)提供服務(wù)，有意在程序中安排有關(guān)指令，使中斷發(fā)生。因此，自愿性中斷又稱為程序自中斷。程序中執(zhí)行I/O操作、創(chuàng)建進(jìn)程、分配內(nèi)存，以及進(jìn)行信號(hào)量操作、發(fā)送/接收消息等都屬于自愿性中斷。指令系統(tǒng)中的軟中斷指令I(lǐng)NTn可以用于在程序中設(shè)置自愿性中斷。強(qiáng)迫性中斷則不是事先由程序安排好的中斷，而是隨機(jī)產(chǎn)生的中斷。強(qiáng)迫性中斷是正在運(yùn)行的程序所不期望的，往往由于某種硬件故障或外部請(qǐng)求引起。例如，來(lái)自外部設(shè)備的I/O中斷、程序性中斷（運(yùn)算溢出、缺頁(yè)中斷、缺段中斷、地址越界）、時(shí)鐘中斷、控制臺(tái)中斷、硬件故障等都屬于強(qiáng)迫性中斷。2、程序中斷和簡(jiǎn)單中斷

程序中斷，主機(jī)在響應(yīng)中斷請(qǐng)求后，通過(guò)執(zhí)行一段中斷服務(wù)程序來(lái)處理更緊迫的任務(wù)。簡(jiǎn)單中斷即DMA方式，指外設(shè)與主存之間直接進(jìn)行信息交換的方法。這種中斷并不執(zhí)行中斷服務(wù)程序，因此不會(huì)破壞現(xiàn)行程序的狀態(tài)。CPU發(fā)現(xiàn)有簡(jiǎn)單中斷請(qǐng)求（DMA請(qǐng)求）時(shí)，讓出一個(gè)或幾個(gè)主存的存取周期供外設(shè)與主存交換信息，然后繼續(xù)執(zhí)行程序。

3、內(nèi)部中斷和外部中斷

由于CPU內(nèi)部硬件或軟件原因引起的中斷稱為內(nèi)部中斷。運(yùn)算溢出、除法出錯(cuò)、單步中斷、單字節(jié)中斷（斷點(diǎn)中斷）以及INTn指令中斷都屬于內(nèi)部中斷。

外部中斷是指由CPU以外的部件引起的中斷。通常外部中斷又可以分為不可屏蔽中斷和可屏蔽中斷兩種。不可屏蔽中斷優(yōu)先級(jí)別較高，常用于應(yīng)急處理，如掉電、主存讀／寫校驗(yàn)錯(cuò)等?？善帘沃袛嗉?jí)別較低，常用于一般I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送。

4、向量中斷和非向量中斷

向量中斷指中斷服務(wù)程序的入口地址由中斷事件自己提供的中斷。CPU響應(yīng)中斷后，將由中斷結(jié)構(gòu)自動(dòng)將向量地址提供給主機(jī)，由向量地址指明中斷向量位置，即中斷服務(wù)程序的入口地址（向量地址），并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)向量切換。非向量中斷不能直接提供中斷服務(wù)程序的入口地址，而必須采用軟件查詢措施最后找到服務(wù)程序入口地址，然后才能轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。

5、單級(jí)中斷和多級(jí)中斷

單級(jí)中斷在CPU執(zhí)行中斷服務(wù)程序的過(guò)程中不能被再打斷。多級(jí)中斷在執(zhí)行某個(gè)中斷服務(wù)程序的過(guò)程中，CPU可去響應(yīng)級(jí)別更高的中斷請(qǐng)求，又稱為中斷嵌套。多級(jí)中斷體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)中斷功能的強(qiáng)弱。9.3.3中斷的作用

（1）中斷方式在一定程度上實(shí)現(xiàn)了CPU與外圍設(shè)備并行工作，使CPU的效率得到了更充分的發(fā)揮。

（2）中斷方式便于實(shí)現(xiàn)故障處理。

（3）實(shí)現(xiàn)人機(jī)聯(lián)系。

（3）實(shí)現(xiàn)多道程序和分時(shí)操作。

（4）實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理。

（5）實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)的聯(lián)系。（6）實(shí)現(xiàn)多處理機(jī)系統(tǒng)中各處理機(jī)間的聯(lián)系。

9.3.4中斷源的組織方式

多個(gè)中斷源的組織方式一般有獨(dú)立請(qǐng)求方式、菊花鏈方式和混合組織方式3種。1、獨(dú)立請(qǐng)求方式

在獨(dú)立請(qǐng)求方式中，每個(gè)中斷源單獨(dú)設(shè)置中斷請(qǐng)求線，將中斷請(qǐng)求信號(hào)直接送往CPU。CPU要響應(yīng)某個(gè)中斷源的中斷請(qǐng)求時(shí)，也通過(guò)單獨(dú)的中斷響應(yīng)線響應(yīng)該中斷源。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是CPU在接到中斷請(qǐng)求的同時(shí)也就知道了中斷源是誰(shuí)，其中斷服務(wù)程序的入口地址在哪里。這有利于實(shí)現(xiàn)向量中斷，提高中斷的響應(yīng)速度。獨(dú)立請(qǐng)求方式的缺點(diǎn)是硬件代價(jià)較大，并且由于CPU所能連接的中斷請(qǐng)求線的數(shù)目有限，因此，中斷源數(shù)目難以擴(kuò)充。1、獨(dú)立請(qǐng)求方式

2、菊花鏈方式

在菊花鏈方式中，多個(gè)中斷源都利用公共的中斷請(qǐng)求線和中斷響應(yīng)線。多個(gè)中斷源通過(guò)公共的中斷響應(yīng)線連接成菊花鏈形狀。同獨(dú)立請(qǐng)求方式相比，菊花鏈方式需要的中斷請(qǐng)求線和中斷響應(yīng)都是最少的；并且在負(fù)載允許的情況下，中斷源的數(shù)目可以隨意擴(kuò)充。

3、混合組織方式

將獨(dú)立請(qǐng)求方式和菊花鏈方式結(jié)合起來(lái)，就構(gòu)成了中斷源的混合組織方式。在這種方式中，首先給不同的中斷源分配不同的優(yōu)先級(jí)別，分級(jí)時(shí)要考慮設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸率和服務(wù)程序的要求。各級(jí)中斷源以獨(dú)立請(qǐng)求方式連接到CPU，處于同一級(jí)的中斷源則按緩急程度的不同按菊花鏈方式連接，共用一根中斷請(qǐng)求線。同一級(jí)中離CPU最近的中斷源的優(yōu)先級(jí)最高，最遠(yuǎn)的優(yōu)先級(jí)最低。

3、混合組織方式9.3.5中斷過(guò)程

1．中斷請(qǐng)求

2．中斷判優(yōu)與屏蔽

3．中斷響應(yīng)

4．中斷處理

5．中斷返回

9.3.6中斷接口電路

9.3.7中斷優(yōu)先權(quán)排隊(duì)電路

1．鏈?zhǔn)絻?yōu)先權(quán)排隊(duì)電路

2．優(yōu)先權(quán)編碼電路

中斷優(yōu)先權(quán)排隊(duì)通過(guò)編碼的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)

9.3.8多個(gè)中斷的處理

處理一個(gè)中斷時(shí)禁止其他中斷，對(duì)任何新的中斷都置之不理，在這期間發(fā)生的中斷將保持掛起狀態(tài)。

將中斷按照優(yōu)先權(quán)分級(jí)，允許優(yōu)先級(jí)高中斷打斷優(yōu)先級(jí)低的中斷處理過(guò)程，形成了中斷的嵌套處理，簡(jiǎn)稱中斷嵌套。

9.3.98259A中斷控制器

1．8259A的結(jié)構(gòu)

2．8259A的芯片引腳

8259A與CPU和外設(shè)的連接方式

9.3.10Pentium的中斷機(jī)制

Pentium中有兩類中斷源：中斷和異常。這兩類中斷源都可引起Pentium掛起當(dāng)前的指令流，轉(zhuǎn)而進(jìn)行其他事件的處理。對(duì)這兩種事件，Pentium都要首先保存進(jìn)程的現(xiàn)場(chǎng)信息，然后以預(yù)先設(shè)計(jì)好的服務(wù)程序進(jìn)行。Pentium總共可以識(shí)別256種中斷和異常。每種中斷給予一個(gè)中斷向量號(hào)0～255。pentium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)前的代碼段寄存器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）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：偏移量）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。保存在堆棧中的中段現(xiàn)場(chǎng)信息被恢復(fù)，并由中斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行原程序。9.4直接存儲(chǔ)器存?。―MA）方式

9.4.1DMA方式簡(jiǎn)介

直接內(nèi)存訪問(wèn)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)，并且以中斷方式想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，由于CPU根本不參加傳送操作，因此就省去了CPU取指令、取數(shù)、傳送等操作。在數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中，沒(méi)有保存現(xiàn)場(chǎng)、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)之類的工作。內(nèi)存地址、修改、傳送字個(gè)數(shù)的計(jì)數(shù)等等，也不是由軟件實(shí)現(xiàn)，而是用硬件線路直接實(shí)現(xiàn)的。所以DMA方式能滿足高速的I/O設(shè)備的要求，也有利于CPU效率的發(fā)揮。正因?yàn)槿绱?，包括微型機(jī)在內(nèi)，DMA方式在計(jì)算機(jī)中被廣泛采用。DMA傳送示意圖

DMA的特點(diǎn)■DMA方式使得主存可以被除CPU以外的外設(shè)訪問(wèn)，而不再只限于由CPU訪問(wèn)。■DMA方式進(jìn)行數(shù)據(jù)成組傳送時(shí)，主存地址的確定和傳送數(shù)據(jù)的計(jì)數(shù)等等都用硬件電路直接實(shí)現(xiàn)?！鯠MA方式傳送數(shù)據(jù)的速度很快，這往往要求在主存中開(kāi)辟專用緩沖區(qū)，以便及時(shí)供給和接收外設(shè)的數(shù)據(jù)?！鯠MA方式使得CPU和外設(shè)可以并行工作，提高了系統(tǒng)的效率?！鯠MA在傳送開(kāi)始前要通過(guò)程序進(jìn)行預(yù)處理，結(jié)束后要通過(guò)中斷方式進(jìn)行后處理。DMA執(zhí)行的基本操作（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）想CPU報(bào)告DMA操作的結(jié)束。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。9.4.2DMA的工作方式

DMA控制器與CPU通常采用三種方法分時(shí)使用內(nèi)存：1.CPU暫停方式；2.周期竊取方式；3.DMA與CPU交替訪存方式

。1.CPU暫停方式：當(dāng)外圍設(shè)備要求傳送一批數(shù)據(jù)時(shí)，由DMA控制器發(fā)出一個(gè)停止信號(hào)給CPU，要求CPU放棄對(duì)地址總線、數(shù)據(jù)總線和有關(guān)控制總線的使用權(quán)。DMA控制器獲得總線控制權(quán)后，開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。在一批數(shù)據(jù)傳送完后，DMA控制器通知CPU可以使用內(nèi)存，并把總線控制權(quán)還給CPU，讓CPU可以使用存儲(chǔ)器，因此，DMA傳送過(guò)程中CPU基本上處于停止?fàn)顟B(tài)。

優(yōu)點(diǎn)：控制簡(jiǎn)單，適用于數(shù)據(jù)傳送率很高的設(shè)備進(jìn)行成組傳送。

缺點(diǎn)：在DMA控制器訪內(nèi)階段，內(nèi)存的效能沒(méi)有充分發(fā)揮，相當(dāng)大一部分內(nèi)存工作周期是空閑的。CPU暫停方式

CPU周期竊取方式

DMA與CPU交替訪存

2.周期竊取方式當(dāng)I/O設(shè)備沒(méi)有DMA請(qǐng)求時(shí)，CPU按程序要求訪問(wèn)內(nèi)存；一旦I/O設(shè)備有DMA請(qǐng)求，則由I/O設(shè)備挪用一個(gè)或者幾個(gè)內(nèi)存周期。由于此時(shí)可能遇到CPU不需要訪內(nèi)或者也要求訪內(nèi)，前一種情形I/O設(shè)備挪用1或2個(gè)周期一般沒(méi)有什么影響，而后者則回發(fā)生沖突，在這種情況下首先讓I/O設(shè)備先訪內(nèi)，CPU則延緩指令的執(zhí)行。與停止CPU訪內(nèi)的DMA方法比較，周期挪用的方法既實(shí)現(xiàn)了I/O傳送，又較好地發(fā)揮了內(nèi)存和CPU的效率，是一種廣泛使用的方法。適用于I/O設(shè)備讀寫周期大于內(nèi)存存儲(chǔ)周期的情況。3.DMA與CPU交替訪存方式這種方式也稱存儲(chǔ)器分時(shí)法，一般是系統(tǒng)中的CPU的工作周期比內(nèi)存存取周期長(zhǎng)很多，此時(shí)可分成兩個(gè)存取時(shí)間片，一個(gè)專供DMA控制接口訪問(wèn)，另一個(gè)專供CPU訪問(wèn)，DMA與CPU交替地訪問(wèn)內(nèi)存。圖P287圖8.11由于分時(shí)間片訪問(wèn)，這種傳輸方式不需要總線使用權(quán)的申請(qǐng)、建立和歸還過(guò)程，所以對(duì)DMA傳送來(lái)講效率是很高的，傳送數(shù)據(jù)完全是透明的。但這種DMA方式硬件邏輯比較復(fù)雜，而且要求有高速的存儲(chǔ)器。9.4.3DMA控制器

9.4.4DMA的數(shù)據(jù)傳送過(guò)程

1.DMA傳送前預(yù)處理DMA傳送之前，需要進(jìn)行相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，稱為DMA傳送前的預(yù)處理，由CPU完成。預(yù)處理內(nèi)容主要包括CPU執(zhí)行I/O指令，測(cè)試設(shè)備狀態(tài)，向DMA的設(shè)備地址寄存器送入設(shè)備地址并啟動(dòng)設(shè)備向主存地址寄存器送入交換數(shù)據(jù)的主存起始地址，向字計(jì)數(shù)器送入交換的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)等。在這些工作完成后，CPU繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)的主程序2.數(shù)據(jù)傳送DMA的數(shù)據(jù)傳送可以單字節(jié)（或字）為基本單位，也可以以數(shù)據(jù)塊為基本單位。當(dāng)外設(shè)準(zhǔn)備好發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時(shí)，它發(fā)出DMA請(qǐng)求，由DMA控制器向CPU發(fā)出總線占用申請(qǐng)信號(hào)HOLD。CPU在執(zhí)行完本機(jī)器周期后響應(yīng)該請(qǐng)求，發(fā)出DMA響應(yīng)信號(hào)，同時(shí)讓出總線控制權(quán)，由DMA控制器接管對(duì)總線的控制，并向主存提供地址。于是，主存便可以和外圍設(shè)備之間交換數(shù)據(jù)，每交換一個(gè)字，地址計(jì)數(shù)器和字計(jì)數(shù)器都加1，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到0時(shí)，DMA操作結(jié)束，DMA控制器向CPU發(fā)出中斷報(bào)告。9.4.4DMA的數(shù)據(jù)傳送過(guò)程3.DMA后處理當(dāng)傳送長(zhǎng)度計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到“0”時(shí)，DMA操作結(jié)束，DMA控制器向CPU發(fā)送中斷請(qǐng)求，CPU停止原來(lái)程序的運(yùn)行，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序，完成DMA傳送的結(jié)束工作。例如，如果需繼續(xù)交換數(shù)據(jù)，則再對(duì)DMA控制器進(jìn)行初始化；如果不需交換數(shù)據(jù)，則停止外設(shè)；如果出錯(cuò)，則轉(zhuǎn)錯(cuò)誤診斷及處理程序進(jìn)行處理。9.4.5DMA控制器Intel8237

8.4通道方式一個(gè)特殊功能的處理器，有自己的指令和程序?qū)ｉT負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)輸入和輸出的傳輸控制，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。9.5通道方式

DMA方式對(duì)大、中型計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，它們配置的外圍設(shè)備一般都很多，并且數(shù)據(jù)傳送頻繁，如仍采用DMA方式，可能會(huì)存在一些問(wèn)題。一方面，如果為數(shù)量繁多的外設(shè)都配置專用的DMA控制器，將大幅度增加硬件，使得成本增加。而且要解決眾多DMA同時(shí)訪問(wèn)主存的沖突，使得控制變得非常復(fù)雜。另一方面，采用DMA傳送方式的眾多外設(shè)均直接由CPU管理控制，由CPU進(jìn)行初始化，這勢(shì)必會(huì)占用更多的CPU時(shí)間，而且頻繁的周期竊取會(huì)降低CPU執(zhí)行程序的效率。為避免上述弊病，在大、中型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中一般采用I/O通道方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

9.5.1通道方式簡(jiǎn)介

通道是一種數(shù)據(jù)輸入/輸出控制設(shè)備，是一種獨(dú)立于中央處理器，它代替CPU對(duì)外設(shè)的I/O操作進(jìn)行控制，使