計(jì)算機(jī)原理與匯編接口和總線.ppt

1、第九章 接口和總線,一、接口功能與分類 接口： 兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)間的界面 I/O接口：主機(jī)與外設(shè)的硬件接口 接口的主要功能： （1）識(shí)別外設(shè)碼 （2）交換數(shù)據(jù)、控制命令及狀態(tài)信息等 （3）支持特定的訪問(wèn)方式 （4）緩存、驅(qū)動(dòng)等 （5）數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換,第一節(jié) 概述,I/O接口分類： 1、按數(shù)據(jù)傳送格式分：串行、并行 2、按主機(jī)訪問(wèn)I/O設(shè)備的控制方式： 程序查詢、中斷、DMA、通道控制、I/O處理機(jī) 3、按時(shí)序控制方式： 同步、異步,第一節(jié) 概述,二、主機(jī)與外圍設(shè)備間的連接方式 總線方式,第一節(jié) 概述,二、主機(jī)與外圍設(shè)備間的連接方式 星型方式,第一節(jié) 概述,二、主機(jī)與外圍設(shè)備間的連接方式 輸入

2、數(shù)出處理機(jī)方式,第一節(jié) 概述,三、總線功能與分類 總線： 一組能為多個(gè)部件分時(shí)共享的信息傳送線，用來(lái)連接多個(gè)部件并為之提供信息交換通路。 共享性：總線連接的部件都可以通過(guò)它傳遞信息。 總線的分類： 1、總線在系統(tǒng)中所處地位：內(nèi)總線、外總線 2、按數(shù)據(jù)傳送格式：并行、串行 雙工 3、按時(shí)序控制：同步總線、異步總線,第一節(jié) 概述,四、接口的編址與I/O指令 1、I/O接口編址 （1）與存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址 （2）I/O端口獨(dú)立編址 2、 I/O指令,第一節(jié) 概述,四、接口的編址與I/O指令 3、通道指令 （1）供主CPU執(zhí)行的I/O指令，用來(lái)訪問(wèn)通道。 （2）供通道執(zhí)行的通道指令。 4、 IOP指令,第

3、一節(jié) 概述,第二節(jié) 直接程序控制方式,1 立即程序傳送方式 基本思想 I/O接口：總是準(zhǔn)備好接受或發(fā)送的數(shù)據(jù) CPU：無(wú)須查詢接口狀態(tài) 優(yōu)缺點(diǎn)：簡(jiǎn)單，實(shí)時(shí)，局限性 應(yīng)用：時(shí)間/馬達(dá)等控制,2 程序查詢方式 基本思想 I/O接口：設(shè)置反映外設(shè)工作的狀態(tài)字 CPU：利用程序循環(huán)查詢 優(yōu)缺點(diǎn)：代價(jià)低，CPU利用率低 應(yīng)用：調(diào)試維護(hù)過(guò)程或其他簡(jiǎn)單調(diào)用外設(shè)。,第二節(jié) 直接程序控制方式,第三節(jié) 程序中斷方式,基本思想 I/O接口：中斷請(qǐng)求 CPU：中斷響應(yīng)，執(zhí)行中斷處理程序，中斷恢復(fù) 優(yōu)缺點(diǎn)：提高CPU利用率，復(fù)雜（和程序查詢方式比） 傳輸效率受限（和DMA方式比）,豐富的應(yīng)用： 中慢速外設(shè)，使CPU與I

4、/O設(shè)備并行工作 處理突發(fā)故障 實(shí)時(shí)處理 系統(tǒng)調(diào)度：多道程序/頁(yè)面調(diào)度 人機(jī)對(duì)話 其它高級(jí)處理方式：多機(jī)通訊/DMA等,第三節(jié) 程序中斷方式,相關(guān)的概念 （1）中斷源 引起中斷的原因?？梢允峭庠O(shè)、故障、人為等 外部中斷（源）：來(lái)自CPU外部（外設(shè)等） 內(nèi)部中斷（源）：來(lái)自CPU內(nèi)部 8086/8088的內(nèi)中斷 除數(shù)為0、溢出、單步中斷、軟中斷、訪管指令等,第三節(jié) 程序中斷方式,（2）中斷屏蔽問(wèn)題 中斷屏蔽：忽略中斷請(qǐng)求，保證CPU在執(zhí)行重要程序段時(shí)不被中斷。 根據(jù)“中斷允許標(biāo)志位”IF，中斷分為兩類 可屏蔽中斷：不受IF控制，如外設(shè)中斷 非屏蔽中斷：受IF控制，如內(nèi)中斷,第三節(jié) 程序中斷方式,

5、（3）入口地址形成 查詢法：,第三節(jié) 程序中斷方式,（3）入口地址形成 單獨(dú)請(qǐng)求線編碼法 速度快、連線多、硬件代價(jià)高，不易擴(kuò)展。適用于中斷源極少且固定場(chǎng)合。 向量中斷法 中斷向量：中斷處理程序的入口地址 中斷向量表：集中存放的中斷向量，一般放在特定的位置?？梢酝ㄟ^(guò)中斷碼得到對(duì)應(yīng)中斷處理程序的入口地址。,第三節(jié) 程序中斷方式,8086/8088中斷向量與中斷向量表 偏移量 IP=（4N，4N+1） 段基址CS=（4N+2，4N+3）,第三節(jié) 程序中斷方式,表10-1 8086中斷類型碼分配表,（4）中斷嵌套問(wèn)題 中斷優(yōu)先級(jí)：中斷請(qǐng)求的重要性 中斷嵌套：在低級(jí)中斷處理中響應(yīng)高級(jí)中斷請(qǐng)求 多重中斷,

6、第三節(jié) 程序中斷方式,中斷嵌套與遞歸過(guò)程,中斷的基本過(guò)程 （1）中斷請(qǐng)求 外設(shè)等中斷源向CPU發(fā)中斷請(qǐng)求（通過(guò)接口） （2）中斷排優(yōu) 當(dāng)多個(gè)中斷請(qǐng)求到達(dá)時(shí)，決定響應(yīng)誰(shuí)？ 一般原則：故障引起中斷優(yōu)于I/O操作引起中斷 非屏蔽中斷優(yōu)于可屏蔽中斷 高速事件中斷優(yōu)于低速事件的中斷 輸入信息中斷優(yōu)于輸出信息中斷,第三節(jié) 程序中斷方式,中斷的基本過(guò)程 （3）中斷響應(yīng) CPU發(fā)中斷響應(yīng)到外設(shè)等。 CPU在執(zhí)行完一條指令后查詢中斷 中斷響應(yīng)后進(jìn)入INTA周期 斷點(diǎn)保護(hù)：PC（CS/IP）入棧，形成中斷向量,第三節(jié) 程序中斷方式,中斷的基本過(guò)程 （4）中斷處理（程序） 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)：通用寄存器等 事件處理 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)

7、 （5）中斷返回 恢復(fù)斷點(diǎn)等,第三節(jié) 程序中斷方式,第四節(jié) DMA方式,基本思想 DMA控制器：DMA請(qǐng)求；可以擁有總線控制權(quán)；數(shù)據(jù)傳輸控制。 CPU： DMA響應(yīng)；移交總線控制權(quán)到DMA控制器；結(jié)束處理。 優(yōu)缺點(diǎn)：代價(jià)高（和中斷方式比） （數(shù)據(jù)塊）傳輸效率高（和中斷方式比） 主要應(yīng)用：外存等高速外設(shè),如磁盤(pán)接口、網(wǎng)絡(luò)通訊接口、高速數(shù)據(jù)采集接口等。,DMA的基本過(guò)程 （1）初始化 * 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備或緩沖區(qū)設(shè)置 * 數(shù)據(jù)塊：首址，長(zhǎng)度 （2） DMA請(qǐng)求 * 向CPU請(qǐng)求DMA操作 （3） DMA響應(yīng) * CPU在總線周期結(jié)束令后查詢DMA * DMA響應(yīng)后進(jìn)入DMA周期 * 移交總線控制權(quán),第四節(jié) DMA方式,DMA的基本過(guò)程（CONT） （4） DMA傳送 * 由DMA控制器控制傳輸 （3） 結(jié)束處理 * 發(fā)DMA結(jié)束請(qǐng)求到CPU * 收回總線控制權(quán),第四節(jié) DMA方式,第五節(jié) 通道方式,基本思想 通道：專用的I/O控制器；可以連接多個(gè)外設(shè)（控制器）；執(zhí)行通道程序。 CPU： 啟動(dòng)通道 優(yōu)缺點(diǎn)：代價(jià)高（和中斷和DMA方式比） 傳輸功能強(qiáng)（和DMA方式