計算機(jī)原理復(fù)習(xí)

1、1 計算機(jī)組成原理總復(fù)習(xí)計算機(jī)組成原理總復(fù)習(xí) 總線總線 CPU M 接口接口 I/O設(shè)備設(shè)備 建立整建立整 機(jī)概念機(jī)概念 兩個層次兩個層次 兩個方面兩個方面 CPU整體概念整體概念 硬件系統(tǒng)整機(jī)概念硬件系統(tǒng)整機(jī)概念 邏輯組成邏輯組成 工作機(jī)制工作機(jī)制 2 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 1、CPU （1）邏輯組成）邏輯組成 寄存器傳送級：寄存器傳送級： 微操作控制級：微操作控制級： 各類指令的流程各類指令的流程 微命令序列微命令序列 寄存器、控制器、寄存器、控制器、ALU設(shè)置，數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)設(shè)置，數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu) （2）工作機(jī)制）工作機(jī)制 指令的執(zhí)指令的執(zhí) 行過程行過程 微命令序列微命令序列 微命令產(chǎn)生方式微

2、命令產(chǎn)生方式 時序控制方式：時序控制方式： 組合邏輯控制組合邏輯控制 微程序控制微程序控制 同步控制同步控制 3 (3)常用運算方法規(guī)則常用運算方法規(guī)則 原碼、補(bǔ)碼加、減、一位乘法，原碼不恢復(fù)余原碼、補(bǔ)碼加、減、一位乘法，原碼不恢復(fù)余 數(shù)除法，浮點運算法數(shù)除法，浮點運算法 （1）基本概念）基本概念 （2）半導(dǎo)體存儲器的邏輯設(shè)計）半導(dǎo)體存儲器的邏輯設(shè)計 芯片地址分配、片選邏輯、框圖芯片地址分配、片選邏輯、框圖 2、存儲器、存儲器 3、總線、總線 （1）基本概念）基本概念 （2）系統(tǒng)總線：信號組成，時序控制方式）系統(tǒng)總線：信號組成，時序控制方式 4 4、接口、接口 I/O傳送的控制機(jī)制傳送的控制機(jī)

3、制 中斷：基本概念、中斷控制器與接口、中斷過程中斷：基本概念、中斷控制器與接口、中斷過程 DMADMA：基本概念、：基本概念、DMADMA控制器與接口、控制器與接口、 DMADMA過程過程 5 一、一、CPUCPU組織組織 1.1、CPUCPU數(shù)據(jù)通路框圖（寄存器級）數(shù)據(jù)通路框圖（寄存器級） 1、結(jié)構(gòu)特點、結(jié)構(gòu)特點 （1）寄存器寄存器 獨立結(jié)構(gòu)獨立結(jié)構(gòu) 可編程：可編程：R0R0R3R3、PCPC、SPSP、PSWPSW 非編程：非編程：C C、D D、IRIR、MARMAR、MDRMDR 6 R0R3 R0R3 C D C D SP PC PSW MDR A 移位器移位器 B ALU R2 R

4、0 R1 MI/O CB 內(nèi)總線內(nèi)總線 C R3 D MAR MDR IR PC SP PSW AB DB 控制控制 邏輯邏輯 7 IRPCARDRR0R1R2R3 M A B ALU IRi IRo PCi PCo ARi DRi DRo R0i R0o R3i R3o Xi Yi A總線總線 B總線總線 G + - R/W 8 2 ALUALU部件部件 作為作為CPUCPU內(nèi)部數(shù)據(jù)傳送通路的中心。內(nèi)部數(shù)據(jù)傳送通路的中心。 輸入選擇器：選擇操作數(shù)來源輸入選擇器：選擇操作數(shù)來源 ALUALU：運算處理：運算處理 輸出移位器：選擇輸出方式輸出移位器：選擇輸出方式 3 內(nèi)總線內(nèi)總線 數(shù)據(jù)總線（數(shù)據(jù)

5、總線（ALUALU總線），實現(xiàn)數(shù)據(jù)分配。總線），實現(xiàn)數(shù)據(jù)分配。 4 與系統(tǒng)總線的連接與系統(tǒng)總線的連接 由由MARMAR、MDRMDR，PCPC實現(xiàn)連接。實現(xiàn)連接。 9 1.2工作機(jī)制工作機(jī)制 用寄存器傳送語言描述指令從讀取到執(zhí)行的整個用寄存器傳送語言描述指令從讀取到執(zhí)行的整個 流程。流程。 1.2.1指令流程（寄存器傳送級）指令流程（寄存器傳送級） 擬定流程的關(guān)鍵：擬定流程的關(guān)鍵：清楚數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu)清楚數(shù)據(jù)通路結(jié)構(gòu) 掌握基本尋址方式掌握基本尋址方式 1 1、基本尋址方式基本尋址方式 寄存器寄存器尋址尋址 ：R 寄存器寄存器間址間址 ：（：（R） 立即尋立即尋址址 ：(PC)+ 變址：變址：(R)

6、 相對尋相對尋址址 ：(PC) 10 2、思路、思路 （2）分清源和目的，確定所采用的尋址方式分清源和目的，確定所采用的尋址方式 先訪問源，再訪問目的先訪問源，再訪問目的 （1）了解指令功能，具體完成什么操作了解指令功能，具體完成什么操作 MOVMOV：源數(shù)：源數(shù) 目的地目的地 ADDADD：結(jié)果：結(jié)果 目的地目的地 JMPJMP：轉(zhuǎn)移地址：轉(zhuǎn)移地址 PC RSTPC RST：返回地址：返回地址 PC PC JSRJSR：子程序入口：子程序入口 PCPC，并保存返回地址，并保存返回地址 11 指令流程在微操作級的具體實現(xiàn)。指令流程在微操作級的具體實現(xiàn)。 1.2.2微命令序列微命令序列 微命令設(shè)

7、置微命令設(shè)置: : （1）數(shù)據(jù)通路操作）數(shù)據(jù)通路操作 ALU輸入選擇：輸入選擇：R0 A、C B、 ALU功能選擇：功能選擇：加加、減減、加加1、傳送傳送、 移位功能選擇：移位功能選擇：左移左移、右移右移、直送直送、 結(jié)果分配：結(jié)果分配：CPR0、CPR1、CPC、 （2）訪存操作）訪存操作 地址使能地址使能EMAREMAR、讀、讀R R、寫、寫W W（讀（讀/ /寫寫 R/WR/W）、）、 置入置入SMDRSMDR、置入、置入SIRSIR 12 1.2.2 微命令的產(chǎn)生方式微命令的產(chǎn)生方式 1 1、組合邏輯控制方式、組合邏輯控制方式 （1）基本思想）基本思想 綜合化簡產(chǎn)生微命令的條件，形成相

8、應(yīng)邏輯式，綜合化簡產(chǎn)生微命令的條件，形成相應(yīng)邏輯式， 用組合邏輯電路實現(xiàn)。執(zhí)行指令時，由組合用組合邏輯電路實現(xiàn)。執(zhí)行指令時，由組合邏輯邏輯 電路（微命令發(fā)生器）在相應(yīng)時間發(fā)出所需微命電路（微命令發(fā)生器）在相應(yīng)時間發(fā)出所需微命 令，控制有關(guān)操作。令，控制有關(guān)操作。 （2）優(yōu)缺點）優(yōu)缺點 優(yōu)點：速度快。優(yōu)點：速度快。 缺點缺點：設(shè)計不規(guī)整，結(jié)構(gòu)零亂，不易修改、擴(kuò)充：設(shè)計不規(guī)整，結(jié)構(gòu)零亂，不易修改、擴(kuò)充 指令系統(tǒng)功能。指令系統(tǒng)功能。 （3）應(yīng)用）應(yīng)用 用于高速計算機(jī)及小規(guī)模機(jī)器中。用于高速計算機(jī)及小規(guī)模機(jī)器中。 13 2 2、微程序控制方式、微程序控制方式 （1）基本思想）基本思想 1）將）將微命令

9、微命令以代碼形式編成以代碼形式編成微指令微指令，控制一步操，控制一步操 作；作； 2）若干微指令編成一段）若干微指令編成一段微程序微程序，解釋執(zhí)行一條機(jī)，解釋執(zhí)行一條機(jī) 器指令；器指令； 3）微程序事先存放在）微程序事先存放在控制存儲器控制存儲器（CM）中，執(zhí)）中，執(zhí) 行機(jī)器指令時再取出。行機(jī)器指令時再取出。 注意區(qū)分：注意區(qū)分： 微指令微指令： 機(jī)器指令機(jī)器指令： 產(chǎn)生微命令，控制完成機(jī)器指令功能的產(chǎn)生微命令，控制完成機(jī)器指令功能的 一步操作。一步操作。 實現(xiàn)指令系統(tǒng)功能所規(guī)定的一種操作。實現(xiàn)指令系統(tǒng)功能所規(guī)定的一種操作。 14 微程序微程序： 工作程序工作程序： 包含若干微指令，解釋執(zhí)行一

10、條機(jī)器指令包含若干微指令，解釋執(zhí)行一條機(jī)器指令 包含若干機(jī)器指令，完成某一特定任務(wù)包含若干機(jī)器指令，完成某一特定任務(wù) CM： 主存主存： 存放微程序，位于存放微程序，位于CPU內(nèi)。內(nèi)。 存放工作程序，位于存放工作程序，位于CPU外。外。 （2）優(yōu)缺點）優(yōu)缺點 優(yōu)點優(yōu)點：結(jié)構(gòu)規(guī)整，設(shè)計效率高，性價比高，可靠結(jié)構(gòu)規(guī)整，設(shè)計效率高，性價比高，可靠 性高，易于修改、擴(kuò)展性高，易于修改、擴(kuò)展指令系統(tǒng)功能。指令系統(tǒng)功能。 缺點：速度較慢缺點：速度較慢，執(zhí)行效率受影響。，執(zhí)行效率受影響。 （3）應(yīng)用）應(yīng)用 用于速度要求不是很高、功能復(fù)雜的機(jī)器中，特用于速度要求不是很高、功能復(fù)雜的機(jī)器中，特 別適用于系列機(jī)。

11、別適用于系列機(jī)。 15 1.2.3 時序控制方式時序控制方式 掌握掌握定義定義、特點特點、應(yīng)用場合應(yīng)用場合。 1、同步控制方式、同步控制方式 （1）定義：各項操作與統(tǒng)一時序信號同步。）定義：各項操作與統(tǒng)一時序信號同步。 操作與時序信號的關(guān)系操作與時序信號的關(guān)系 同步控制方式同步控制方式 異步控制方式異步控制方式 （2）特點：）特點：1）有明顯時序時間劃分；）有明顯時序時間劃分； 3）各步操作的銜接、各部件之間的各步操作的銜接、各部件之間的 數(shù)據(jù)傳送受嚴(yán)格同步定時控制。數(shù)據(jù)傳送受嚴(yán)格同步定時控制。 2）時鐘周期（節(jié)拍）時間固定；）時鐘周期（節(jié)拍）時間固定； （3）應(yīng)用場合：用于）應(yīng)用場合：用于C

12、PU內(nèi)部、設(shè)備內(nèi)部、總線內(nèi)部、設(shè)備內(nèi)部、總線 操作（各掛接部件速度差異小、傳送操作（各掛接部件速度差異小、傳送 時間確定、傳送距離較近）。時間確定、傳送距離較近）。 16 2、異步控制方式、異步控制方式 （2）特點：）特點：1）無嚴(yán)格時鐘周期劃分；）無嚴(yán)格時鐘周期劃分； 2）各操作間的銜接、各部件之間的各操作間的銜接、各部件之間的 數(shù)據(jù)傳送采取數(shù)據(jù)傳送采取異步應(yīng)答方式異步應(yīng)答方式 。 （3）應(yīng)用場合：用于異步總線操作（各掛接部件）應(yīng)用場合：用于異步總線操作（各掛接部件 速度差異大、傳送時間不確定、傳送速度差異大、傳送時間不確定、傳送 距離較遠(yuǎn)）。距離較遠(yuǎn)）。 （1）定義：各項操作按需要安排不同

13、時間，不受）定義：各項操作按需要安排不同時間，不受 統(tǒng)一時序約束。統(tǒng)一時序約束。 主設(shè)備主設(shè)備： 從設(shè)備從設(shè)備： 申請并控制總線的設(shè)備。申請并控制總線的設(shè)備。 響應(yīng)主設(shè)備請求的設(shè)備。響應(yīng)主設(shè)備請求的設(shè)備。 17 3、同步方式在實際應(yīng)用中的變化、同步方式在實際應(yīng)用中的變化 （2）總線周期中插入延長周期。）總線周期中插入延長周期。 （3）同步方式引入異步應(yīng)答。）同步方式引入異步應(yīng)答。 （1）不同指令安排不同時鐘周期數(shù)。）不同指令安排不同時鐘周期數(shù)。 （擴(kuò)展同步方式擴(kuò)展同步方式） 1.3 運算方法與運算器運算方法與運算器 1.3.1 運算方法運算方法 1、原碼陣列乘法、原碼陣列乘法 （1）原碼運算）

14、原碼運算 操作數(shù)和結(jié)果用原碼表示，絕對值參加運算，符操作數(shù)和結(jié)果用原碼表示，絕對值參加運算，符 號單獨處理。號單獨處理。 18 2、補(bǔ)碼陣列乘法、補(bǔ)碼陣列乘法 （1）補(bǔ)碼運算）補(bǔ)碼運算 操作數(shù)和結(jié)果用補(bǔ)碼表示，符號位參加運算。操作數(shù)和結(jié)果用補(bǔ)碼表示，符號位參加運算。 3、原碼不恢復(fù)余數(shù)除法、原碼不恢復(fù)余數(shù)除法 算法規(guī)則：根據(jù)余數(shù)的正負(fù)決定上商及下一步操算法規(guī)則：根據(jù)余數(shù)的正負(fù)決定上商及下一步操 作作 19 6、浮點運算、浮點運算 加減法運算過程：加減法運算過程： （1）判操作數(shù)是否為）判操作數(shù)是否為0。 （3）尾數(shù)加）尾數(shù)加/減減 （2）對階）對階 原則：小階向大階對齊原則：小階向大階對齊 操

15、作：小階增大，尾數(shù)右移操作：小階增大，尾數(shù)右移 （4）結(jié)果規(guī)格化）結(jié)果規(guī)格化 左規(guī)（尾數(shù)絕對值小于左規(guī)（尾數(shù)絕對值小于1/2）：尾數(shù)左移，階碼）：尾數(shù)左移，階碼-1 右規(guī)（尾數(shù)絕對值大于右規(guī)（尾數(shù)絕對值大于1）：尾數(shù)右移，階碼）：尾數(shù)右移，階碼+1 20 運算器運算器 全加器全加器 串行串行 移位器移位器 ALU輸入選擇器輸入選擇器 ALU部件部件 寄存器寄存器 并行加法器并行加法器 加法器輸入選擇器加法器輸入選擇器 進(jìn)位鏈進(jìn)位鏈 并行并行 分組分組 1.3.2 運算器運算器 硬件組成硬件組成 21 1.4 其他基本概念其他基本概念 （1）溢出及判斷方法、擴(kuò)展操作碼、地址結(jié)構(gòu)、）溢出及判斷方法

16、、擴(kuò)展操作碼、地址結(jié)構(gòu)、 隱地址、顯地址等隱地址、顯地址等 顯式顯式 I/O指令指令 （2）I/O指令的設(shè)置指令的設(shè)置 隱式隱式 I/O指令指令 （3）I/O指令的功能擴(kuò)展指令的功能擴(kuò)展 I/O指令中留有擴(kuò)展余地指令中留有擴(kuò)展余地 用用通用通用I/O指令指令或或MOVMOV指令指令訪問接口中的訪問接口中的 控制控制/狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器 （4）主機(jī)對外設(shè)的尋址方式）主機(jī)對外設(shè)的尋址方式 單獨編址（為接口寄存器分配端口地址）單獨編址（為接口寄存器分配端口地址） 統(tǒng)一編址（為接口寄存器分配總線地址）統(tǒng)一編址（為接口寄存器分配總線地址） 22 2.1 存儲系統(tǒng)的分級結(jié)構(gòu)圖：存儲系統(tǒng)的分級結(jié)構(gòu)圖： 二

17、、存儲子系統(tǒng)二、存儲子系統(tǒng) 23 2.2 半導(dǎo)體存儲器邏輯設(shè)計半導(dǎo)體存儲器邏輯設(shè)計 主要解決：主要解決：芯片的選用芯片的選用、地址分配地址分配、片選邏輯片選邏輯、 信號線的連接信號線的連接 例例1 1、用、用SRAMSRAM芯片（芯片（1K1K4 4位位/ /片）組成片）組成4KB4KB存儲器。存儲器。 地址總線地址總線A15A15A0A0（低），雙向數(shù)據(jù)總線（低），雙向數(shù)據(jù)總線D7D7D0D0 （低），讀（低），讀/ /寫信號線寫信號線R/WR/W。 （1）芯片數(shù)：）芯片數(shù)：8片片 （2）存儲空間安排：）存儲空間安排：任意連續(xù)區(qū)間任意連續(xù)區(qū)間 （3）芯片地址分配與片選邏輯：）芯片地址分配與片

18、選邏輯： 4KB：12位地址位地址A11A11A0A0 哪幾位分配給芯片？哪幾位形成片選哪幾位分配給芯片？哪幾位形成片選邏輯？邏輯？ 24 芯片芯片 芯片地址芯片地址 片選邏輯片選邏輯 1KB 1KB 1KB 1KB （4）邏輯圖）邏輯圖 A9 A0 A9 A0 A9 A0 A9 A0 CS0=A11A10 CS1=A11A10 CS2=A11A10 CS3=A11A10 例例2 2、用、用4KB ROM4KB ROM芯片、芯片、2K2K4 4位和位和1 1K K4 4位位RAMRAM芯片芯片 組成組成7KB7KB存儲器。地址總線存儲器。地址總線A15A15A0A0（低），雙向（低），雙向 數(shù)

19、據(jù)總線數(shù)據(jù)總線D7D7D0D0（低），讀（低），讀/ /寫信號線寫信號線R/WR/W。 （1）芯片數(shù)：）芯片數(shù)： 5片片 連續(xù)區(qū)間，先安排大容量芯連續(xù)區(qū)間，先安排大容量芯 片，后安排小容量芯片片，后安排小容量芯片 （2）存儲空間安排：）存儲空間安排： 25 芯片芯片 芯片地址芯片地址 片選邏輯片選邏輯 4KB 2KB 1KB （4）邏輯圖）邏輯圖 A11 A0 A10 A0 A9 A0 CS0=A12 CS1=A12A11 CS2=A12A11A10 （3）芯片地址分配與片選邏輯：）芯片地址分配與片選邏輯： 7KB：13位地址位地址A12 A0 26 2.3 CPU與存儲系統(tǒng)的瓶頸解決方法與存

20、儲系統(tǒng)的瓶頸解決方法 27 2.4 基本概念基本概念 1、存儲原理、存儲原理 SRAMSRAM：利用雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器存儲信息。：利用雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器存儲信息。 DRAMDRAM：利用電容存儲電荷存儲信息。：利用電容存儲電荷存儲信息。 2、動態(tài)刷新、動態(tài)刷新 （1）定義：按所存信息定期向電容補(bǔ)充電荷。）定義：按所存信息定期向電容補(bǔ)充電荷。 （2）方式：按行讀一遍。）方式：按行讀一遍。 （3）刷新周期安排方式）刷新周期安排方式 集中刷新、分散刷新、異步刷新集中刷新、分散刷新、異步刷新 28 （1）隨機(jī)存取方式）隨機(jī)存取方式 3、存取方式、存取方式 1）可按地址直接訪問任一單元；）可按地址直接訪問任一單元；

21、 2）訪問時間與單元地址無關(guān)。）訪問時間與單元地址無關(guān)。 訪問時按順序查找，訪問時間與數(shù)據(jù)所在位訪問時按順序查找，訪問時間與數(shù)據(jù)所在位 置有關(guān)。置有關(guān)。 （2）順序存取方式）順序存取方式 （3）直接存取方式）直接存取方式 訪問時先直接指向一個小區(qū)域，再按順序查訪問時先直接指向一個小區(qū)域，再按順序查 找，訪問時間與數(shù)據(jù)所在位置有關(guān)。找，訪問時間與數(shù)據(jù)所在位置有關(guān)。 29 三、三、I/OI/O子系統(tǒng)子系統(tǒng) 3.1 總線與接口的基本概念總線與接口的基本概念 3.1.1 3.1.1 總線總線 1 1、定義：一組能為多個部件分時共享的公共信息、定義：一組能為多個部件分時共享的公共信息 傳送線路。傳送線路

22、。 1）CPU內(nèi)總線內(nèi)總線：CPU芯片內(nèi)寄存器和算邏部件之芯片內(nèi)寄存器和算邏部件之 間互連的總線。間互連的總線。 （1）按功能）按功能分類分類 2 2、分類、分類 2）部件內(nèi)總線部件內(nèi)總線：插件板內(nèi)各芯片之間互連的總線：插件板內(nèi)各芯片之間互連的總線 3）系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線：計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)各功能部件之間或各：計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)各功能部件之間或各 插件板之間互連的總線。插件板之間互連的總線。 30 4）外總線外總線：計算機(jī)系統(tǒng)之間，或計算機(jī)系統(tǒng)與其：計算機(jī)系統(tǒng)之間，或計算機(jī)系統(tǒng)與其 他系統(tǒng)之間互連的總線。他系統(tǒng)之間互連的總線。 （2）按時序控制方式）按時序控制方式分類分類 1）同步總線同步總線：由控制模塊提

23、供統(tǒng)一的同步時序信：由控制模塊提供統(tǒng)一的同步時序信 號控制總線傳送操作。號控制總線傳送操作。 （3）按數(shù)據(jù)傳送格式）按數(shù)據(jù)傳送格式分類分類 2）異步總線異步總線：不采用統(tǒng)一時鐘周期劃分，根據(jù)傳：不采用統(tǒng)一時鐘周期劃分，根據(jù)傳 送的實際需要決定總線周期長短，以異步應(yīng)答方送的實際需要決定總線周期長短，以異步應(yīng)答方 式控制總線傳送操作。式控制總線傳送操作。 3 3）擴(kuò)展同步總線：擴(kuò)展同步總線：以時鐘周期為時序基礎(chǔ)，允許以時鐘周期為時序基礎(chǔ)，允許 總線周期中的時鐘數(shù)可變?？偩€周期中的時鐘數(shù)可變。 31 1 1）并行總線：）并行總線：同時傳送各位信息。同時傳送各位信息。 2 2）串行總線：）串行總線：分

24、時逐位傳送各位信息。分時逐位傳送各位信息。 3.3.系統(tǒng)總線的信號組成系統(tǒng)總線的信號組成 電源線電源線、地址線地址線、數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線、 控制線控制線 復(fù)位復(fù)位 時序：時鐘、定時、應(yīng)答時序：時鐘、定時、應(yīng)答 數(shù)傳控制：數(shù)傳控制：M M讀讀/ /寫、寫、IOIO讀讀/ /寫寫 中斷請求、響應(yīng)中斷請求、響應(yīng) 總線請求、響應(yīng)總線請求、響應(yīng) 3.1.2 3.1.2 接口接口 1.1.定義：泛指兩個設(shè)備（硬、軟）之間的連接部件定義：泛指兩個設(shè)備（硬、軟）之間的連接部件 2 2、分類、分類 32 (1)(1)按數(shù)據(jù)傳送格式劃分按數(shù)據(jù)傳送格式劃分 1 1）并行接口）并行接口 接口與系統(tǒng)總線、接口與外設(shè)均按并行方

25、式傳送接口與系統(tǒng)總線、接口與外設(shè)均按并行方式傳送 數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。 2 2）串行接口）串行接口 接口與系統(tǒng)總線并行傳送，接口與外設(shè)串行傳送。接口與系統(tǒng)總線并行傳送，接口與外設(shè)串行傳送。 (2)(2)按時序控制方式劃分按時序控制方式劃分 1 1）同步接口）同步接口 接口與系統(tǒng)總線的信息傳送由統(tǒng)一時序信號控制。接口與系統(tǒng)總線的信息傳送由統(tǒng)一時序信號控制。 2 2）異步接口）異步接口 接口與系統(tǒng)總線的信息傳送采用異步應(yīng)答方式。接口與系統(tǒng)總線的信息傳送采用異步應(yīng)答方式。 33 (3)(3)按按I/OI/O傳送控制方式劃分傳送控制方式劃分 1 1）直接程序傳送接口）直接程序傳送接口 2 2）中斷接口）中斷接

26、口 3 3）DMADMA接口接口 （可采用查詢方式）（可采用查詢方式） （可插入中斷作（可插入中斷作DMADMA善后處理）善后處理） 3.2 I/O傳送控制機(jī)制傳送控制機(jī)制 3.2.1 程序中斷方式程序中斷方式 1、定義及應(yīng)用、定義及應(yīng)用 （1 1）定義）定義 CPUCPU暫時中止現(xiàn)行程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去執(zhí)行為某個隨暫時中止現(xiàn)行程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去執(zhí)行為某個隨 機(jī)事態(tài)服務(wù)的中斷處理程序。處理完畢后自動恢機(jī)事態(tài)服務(wù)的中斷處理程序。處理完畢后自動恢 復(fù)原程序的執(zhí)行。復(fù)原程序的執(zhí)行。 34 （2 2）實質(zhì)）實質(zhì) 程序切換程序切換 時間：時間：一條指令結(jié)束時切換。一條指令結(jié)束時切換。 方法：保存斷點、現(xiàn)場；恢

27、復(fù)現(xiàn)場、方法：保存斷點、現(xiàn)場；恢復(fù)現(xiàn)場、 返回斷點。返回斷點。 （3 3）特點）特點 隨機(jī)性隨機(jī)性 隨機(jī)發(fā)生的事態(tài)隨機(jī)發(fā)生的事態(tài) 有意調(diào)用，隨機(jī)請求與處理的事態(tài)有意調(diào)用，隨機(jī)請求與處理的事態(tài) 隨機(jī)插入的事態(tài)隨機(jī)插入的事態(tài) （4 4）應(yīng)用）應(yīng)用 控制中、低速控制中、低速I/OI/O操作。操作。 處理復(fù)雜隨機(jī)事態(tài)。處理復(fù)雜隨機(jī)事態(tài)。 35 2 2、中斷服務(wù)程序入口地址的獲取、中斷服務(wù)程序入口地址的獲取 （1 1）向量中斷方式）向量中斷方式 將服務(wù)程序入口地址將服務(wù)程序入口地址( (中斷向量中斷向量) )組織在組織在中斷向量中斷向量 表表中；響應(yīng)中斷時，由硬件直接產(chǎn)生對應(yīng)于中斷中；響應(yīng)中斷時，由硬件

28、直接產(chǎn)生對應(yīng)于中斷 源的源的向量地址向量地址，訪問向量表，取得相應(yīng)服務(wù)程序，訪問向量表，取得相應(yīng)服務(wù)程序 入口，轉(zhuǎn)入服務(wù)程序。入口，轉(zhuǎn)入服務(wù)程序。 中斷向量：中斷向量：服務(wù)程序入口地址、服務(wù)程序狀態(tài)字服務(wù)程序入口地址、服務(wù)程序狀態(tài)字 中斷向量表中斷向量表： 存放中斷向量的存儲區(qū)存放中斷向量的存儲區(qū) 向量地址：向量地址：訪問向量表的地址訪問向量表的地址（指向中斷向量的（指向中斷向量的 首址）首址） 36 （2 2）非向量中斷方式）非向量中斷方式 將服務(wù)程序入口組織在查詢程序中；將服務(wù)程序入口組織在查詢程序中；CPUCPU響應(yīng)時執(zhí)響應(yīng)時執(zhí) 行查詢程序，確定中斷源，轉(zhuǎn)入相應(yīng)服務(wù)程序。行查詢程序，確定

29、中斷源，轉(zhuǎn)入相應(yīng)服務(wù)程序。 37 D70 IRQ0 地址線地址線 寄存器選擇寄存器選擇 命令字命令字R 狀態(tài)字狀態(tài)字R 數(shù)據(jù)緩沖器數(shù)據(jù)緩沖器 控制邏輯控制邏輯 數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線 數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線 數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線 中斷控制器中斷控制器 INT INTA 命令命令 IRQ7 狀態(tài)狀態(tài) 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 外部設(shè)備外部設(shè)備 系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線 （8259） IRQi M M CPUCPU 主機(jī)板主機(jī)板 接口板接口板 3 3、中斷接口功能模型、中斷接口功能模型 （1）寄存器選擇寄存器選擇 對接口寄存器尋址對接口寄存器尋址 （2）命令字寄存器命令字寄存器 接收接收CPU發(fā)向外設(shè)的命令。發(fā)向外設(shè)的命令。 （4）數(shù)據(jù)緩沖器數(shù)據(jù)緩

30、沖器 傳送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)緩沖。傳送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)緩沖。 （3）狀態(tài)字寄存器狀態(tài)字寄存器 反映設(shè)備和接口的運行狀態(tài)反映設(shè)備和接口的運行狀態(tài) 38 （5 5）控制邏輯控制邏輯 請求信號產(chǎn)生邏輯請求信號產(chǎn)生邏輯 電平轉(zhuǎn)換邏輯電平轉(zhuǎn)換邏輯 針對設(shè)備特性的邏輯針對設(shè)備特性的邏輯 串串- -并轉(zhuǎn)換邏輯并轉(zhuǎn)換邏輯( (串口串口) ) （6 6）公用中斷控制器公用中斷控制器 接收外設(shè)請求，屏蔽、判接收外設(shè)請求，屏蔽、判 優(yōu)，送出公共請求；優(yōu)，送出公共請求； 接收中斷批準(zhǔn)，送出中斷接收中斷批準(zhǔn)，送出中斷 號（中斷類型碼）或向量號（中斷類型碼）或向量 地址。地址。 39 4 4、中斷全過程（主機(jī)與外設(shè)交換信息）、中斷全過

31、程（主機(jī)與外設(shè)交換信息） （1 1）初始化：）初始化：設(shè)置接口和中斷控制器工作方式，設(shè)置接口和中斷控制器工作方式， 送屏蔽字，送中斷號。送屏蔽字，送中斷號。 （2 2）發(fā)啟動命令）發(fā)啟動命令( (送命令字送命令字) )，啟動設(shè)備。，啟動設(shè)備。 （3 3）設(shè)備完成工作，申請中斷。）設(shè)備完成工作，申請中斷。 （4 4）中斷控制器匯集各請求，經(jīng)屏蔽、判優(yōu)，）中斷控制器匯集各請求，經(jīng)屏蔽、判優(yōu)， 形成中斷號，并向形成中斷號，并向CPUCPU送公共請求送公共請求INTINT。 （5 5）CPUCPU響應(yīng)，發(fā)批準(zhǔn)響應(yīng)，發(fā)批準(zhǔn)INTAINTA。并關(guān)中斷、保存。并關(guān)中斷、保存 斷點。斷點。 （6 6）中斷控制

32、器送出中斷號。）中斷控制器送出中斷號。 （7 7）CPUCPU執(zhí)行執(zhí)行中斷隱指令操作中斷隱指令操作（將中斷號轉(zhuǎn)換為向?qū)⒅袛嗵栟D(zhuǎn)換為向 量地址，查向量表，取入口量地址，查向量表，取入口），進(jìn)入服務(wù)程序。），進(jìn)入服務(wù)程序。 40 （9 9）返回原程序（返回前開中斷）。）返回原程序（返回前開中斷）。 單級中斷單級中斷 （8 8）CPUCPU執(zhí)行服務(wù)程序，進(jìn)行中斷處理（交換數(shù)執(zhí)行服務(wù)程序，進(jìn)行中斷處理（交換數(shù) 據(jù)）據(jù)） 多重中斷多重中斷 注意屏蔽技術(shù)的兩個應(yīng)用注意屏蔽技術(shù)的兩個應(yīng)用 動態(tài)改變優(yōu)先級動態(tài)改變優(yōu)先級 實現(xiàn)多重中斷實現(xiàn)多重中斷 41 3.2.2 DMA方式方式 1、定義及應(yīng)用、定義及應(yīng)用 直

33、接依靠硬件實現(xiàn)主存與直接依靠硬件實現(xiàn)主存與I/OI/O間的數(shù)據(jù)傳送，間的數(shù)據(jù)傳送， 傳送期間不需傳送期間不需CPUCPU程序干預(yù)。程序干預(yù)。 （1 1）定義）定義 注意：注意： 1)I/O1)I/O與與主存主存，而不是，而不是I/OI/O與與CPUCPU或或I/OI/O與與主機(jī)交換主機(jī)交換 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)。 2)2)直接直接依靠依靠硬件傳送硬件傳送，而不是執(zhí)行程序傳送，而不是執(zhí)行程序傳送。 3)3)傳送前的初始化和傳送結(jié)束處理，需傳送前的初始化和傳送結(jié)束處理，需CPUCPU執(zhí)行程執(zhí)行程 序?qū)崿F(xiàn)序?qū)崿F(xiàn)。 用于高速、簡單、批量數(shù)據(jù)用于高速、簡單、批量數(shù)據(jù)傳送。傳送。 （2 2）應(yīng)用）應(yīng)用 42 2、 D

34、MA控制器與接口控制器與接口 （1 1）DMADMA控制器功能控制器功能 1 1）接收初始化信息（）接收初始化信息（傳送方向傳送方向、主存首址主存首址、交換交換 量量）。）。 2 2）接收接口的）接收接口的DMADMA請求（請求（DREQDREQ），向），向CPUCPU申請總線申請總線 （HRQHRQ）。）。 3 3）接收）接收CPUCPU的總線響應(yīng)（的總線響應(yīng)（HLDAHLDA），向接口發(fā)回），向接口發(fā)回DMADMA 應(yīng)答（應(yīng)答（DACKDACK）。）。 4 4）接管總線權(quán)，控制）接管總線權(quán)，控制DMADMA傳送。傳送。 （2 2）接口功能）接口功能 1 1）接收初始化信息（）接收初始化信息（外設(shè)尋址信息外設(shè)尋址信息）。）。 2 2）接收）接收CPUCPU發(fā)向設(shè)備的命令，反映設(shè)備、接口的發(fā)向設(shè)備的命令，反映設(shè)備、接口的 狀態(tài)。狀態(tài)。 3 3）傳送數(shù)據(jù)。）傳送數(shù)據(jù)。 43 3、 DMA全過程全過程 （1 1）初始化）初始化 CPUCPU通過程序向通過程序向DMADMA控制器和接口送出初始