第五周課 輸入輸出信息傳送控制方式(高考班).doc

第五周課【課題】輸入/輸出信息傳送控制方式【目標(biāo)】1. 了解幾種基本的輸入輸出信息傳送控制方式2. 了解各種傳送方式的原理【重點(diǎn)】程序查詢方式，程序中斷方式【難點(diǎn)】DMA方式，通道控制方式【課時(shí)】2課時(shí)【教學(xué)方法】【內(nèi)容與過(guò)程】一復(fù)習(xí)上節(jié)課內(nèi)容并提問(wèn) 計(jì)算機(jī)輸入/輸出接口的概念,組成和功能 二輸入/輸出信息傳送控制方式簡(jiǎn)介主機(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(guò)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1. 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(guò)CPU執(zhí)行程序來(lái)完成的。I/O傳送數(shù)據(jù)還可分為同步方式和異步方式。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只需要少量的硬件電路即可。缺點(diǎn)：l 是由于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。l 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。l 不能發(fā)現(xiàn)和處理預(yù)先無(wú)法估計(jì)的錯(cuò)誤和異常情況。 2. 中斷處理方式（程序中斷方式）：主機(jī)啟動(dòng)外設(shè)后無(wú)需等待查詢，而是繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)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(lái)執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序?qū)ν獠空?qǐng)求進(jìn)行處理，在中斷處理完畢后返回原來(lái)的程序繼續(xù)執(zhí)行。適用于中、低速外設(shè)。中斷處理過(guò)程實(shí)際上是程序的切換過(guò)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)。3. 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(guò)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控制方式直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)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(guò)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(guò)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。兩類DMA：一種是專用DMA，該方式速度高，另一種是通用DMA，幾臺(tái)設(shè)備共用該DMA控制器，提高了設(shè)備利用率，但數(shù)據(jù)傳輸速度上受影響。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(guò)程：也就是說(shuō)它不像前兩種方式那樣通過(guò)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(guò)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。DMA方式是在主存和外設(shè)之間開(kāi)辟直接的數(shù)據(jù)通路，可以進(jìn)行基本上不需要CPU介入的主存和外設(shè)之間的信息傳送，輸入時(shí)由外設(shè)直接寫入內(nèi)存，輸出時(shí)由內(nèi)存?zhèn)魉椭镣庠O(shè)，這樣不僅能保證CPU的高效率，而且能滿足高速外設(shè)的需要。這種方式只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)傳送操作，在數(shù)據(jù)塊傳送的起始和結(jié)束時(shí)還需CPU及中斷系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)處理和后處理4. 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(guò)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。按照通道獨(dú)立于主機(jī)的程度，可分為結(jié)合型通道和獨(dú)立型通道兩種類型。結(jié)合型通道結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，功能較弱。獨(dú)立型通道完全獨(dú)立于主機(jī)對(duì)外設(shè)進(jìn)行管理和控制，這種通道功能強(qiáng)，但設(shè)備成本高。l 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。l 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。l 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(lái)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。 【小結(jié)】程序查詢方式，程序中斷方式 DMA方式，通道控制方式【作業(yè)】記憶理解四種輸入/輸出信息傳送控制方式【課后記】本次課復(fù)習(xí)與鞏固晚自習(xí)內(nèi)容【課時(shí)】1課時(shí)【內(nèi)容與過(guò)程】 一 復(fù)習(xí)本次課知識(shí)點(diǎn)二 提問(wèn)并解答三 習(xí)題訓(xùn)練并講解 1. 實(shí)現(xiàn)輸入/輸出數(shù)據(jù)傳送控制方式分為： _,_,_,_. 2. 通道的類型包括_,_和_. 3. 主機(jī)、外設(shè)不能并行工作的方式是_. 4. DMA方式是在_之間建立直接的數(shù)據(jù)通路。 5. 字節(jié)多路通路上可連接若干低速設(shè)備，其數(shù)據(jù)傳送是以_為單位進(jìn)行的。 6. 計(jì)算機(jī)直接存儲(chǔ)