第五章 輸入輸出系統(tǒng)

1、大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨計(jì)算機(jī)組成原理計(jì)算機(jī)組成原理大連理工大學(xué)大連理工大學(xué) 軟件學(xué)院軟件學(xué)院賴(lài)曉晨賴(lài)曉晨大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨第五章第五章 輸入輸出系統(tǒng)輸入輸出系統(tǒng)p 概述概述p 外部設(shè)備外部設(shè)備p I/O接口接口p 程序查詢(xún)方式程序查詢(xún)方式p 程序中斷方式程序中斷方式p DMA方式方式大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨5.1 概述概述一、輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)展概況，共經(jīng)歷一、輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)展概況，共經(jīng)歷4個(gè)階個(gè)階段：段： 早期階段 接口模塊和DMA階段 通道階段 I/O處理機(jī)階段大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨1、早期階段、早期階段p CPU和外設(shè)分散連接、串行工作、耦合性和外設(shè)分散連接、串

2、行工作、耦合性強(qiáng)，機(jī)器速度慢、價(jià)格高。強(qiáng)，機(jī)器速度慢、價(jià)格高。while( busy = 1);Do something 主存主存CPUI/O設(shè)備設(shè)備外設(shè)工作在查詢(xún)模式下。外設(shè)工作在查詢(xún)模式下。大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨2、接口模塊與、接口模塊與DMA階段階段p 具有總線(xiàn)模式，主機(jī)通過(guò)各種接口連接外具有總線(xiàn)模式，主機(jī)通過(guò)各種接口連接外設(shè)，具有中斷或設(shè)，具有中斷或DMA功能。功能。主主機(jī)機(jī)接口接口I/O設(shè)備設(shè)備接口接口I/O設(shè)備設(shè)備接口接口I/O設(shè)備設(shè)備設(shè)備尋址設(shè)備尋址速度匹配速度匹配格式轉(zhuǎn)換格式轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換內(nèi)內(nèi)存存大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨2、接口模塊與、接口模塊與DMA階段階段p

3、 具有總線(xiàn)模式，主機(jī)通過(guò)各種接口連接外具有總線(xiàn)模式，主機(jī)通過(guò)各種接口連接外設(shè)，具有中斷或設(shè)，具有中斷或DMA功能。功能。主主機(jī)機(jī)接口接口I/O設(shè)備設(shè)備接口接口I/O設(shè)備設(shè)備接口接口I/O設(shè)備設(shè)備設(shè)備尋址設(shè)備尋址速度匹配速度匹配格式轉(zhuǎn)換格式轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換內(nèi)內(nèi)存存多個(gè)多個(gè)DMA控制器同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)主存可能沖突；控制器同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)主存可能沖突；CPU管理眾多管理眾多DMA控制器，任務(wù)繁重?？刂破鳎蝿?wù)繁重。大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨3、通道結(jié)構(gòu)、通道結(jié)構(gòu)p 通道是用來(lái)負(fù)責(zé)管理通道是用來(lái)負(fù)責(zé)管理I/O設(shè)備以及實(shí)現(xiàn)主存設(shè)備以及實(shí)現(xiàn)主存與與I/O設(shè)備之間交換信息的部件，可視為從設(shè)備之間交換信息的部件，可視為

4、從屬于屬于CPU的的專(zhuān)用處理器專(zhuān)用處理器。p 通道具有專(zhuān)門(mén)指令，能獨(dú)立執(zhí)行由通道指通道具有專(zhuān)門(mén)指令，能獨(dú)立執(zhí)行由通道指令編寫(xiě)的輸入輸出程序。令編寫(xiě)的輸入輸出程序。大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨3、通道結(jié)構(gòu)、通道結(jié)構(gòu)p 通道是用來(lái)負(fù)責(zé)管理通道是用來(lái)負(fù)責(zé)管理I/O設(shè)備以及實(shí)現(xiàn)主存設(shè)備以及實(shí)現(xiàn)主存與與I/O設(shè)備之間交換信息的部件，可視為從設(shè)備之間交換信息的部件，可視為從屬于屬于CPU的專(zhuān)用處理器。的專(zhuān)用處理器。p 通道具有專(zhuān)門(mén)指令，能獨(dú)立執(zhí)行由通道指通道具有專(zhuān)門(mén)指令，能獨(dú)立執(zhí)行由通道指令編寫(xiě)的輸入輸出程序。令編寫(xiě)的輸入輸出程序。通道并不能完全把通道并不能完全把CPU解放出來(lái)，解放出來(lái)，CPU還要進(jìn)行諸

5、如碼制轉(zhuǎn)換之類(lèi)的工作。還要進(jìn)行諸如碼制轉(zhuǎn)換之類(lèi)的工作。大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨4、外圍處理機(jī)、外圍處理機(jī)p 外圍處理機(jī)又稱(chēng)為外圍處理機(jī)又稱(chēng)為I/O處理機(jī)，獨(dú)立于主機(jī)處理機(jī)，獨(dú)立于主機(jī)工作，除了具備通道功能之外，還具備碼工作，除了具備通道功能之外，還具備碼制轉(zhuǎn)換、格式處理、數(shù)據(jù)校驗(yàn)等功能。制轉(zhuǎn)換、格式處理、數(shù)據(jù)校驗(yàn)等功能。大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨查詢(xún)查詢(xún)外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨中斷中斷外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨DMA外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)DMA大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨通道通道外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)DMA通道通道大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)

6、曉晨外圍處理機(jī)外圍處理機(jī)外設(shè)外設(shè)外設(shè)外設(shè)DMA外圍處理機(jī)外圍處理機(jī)大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨二、輸入輸出系統(tǒng)的組成二、輸入輸出系統(tǒng)的組成p I/O軟件軟件 I/O指令：CPU指令操作碼： I/O指令標(biāo)志命令碼：指令功能，讀、寫(xiě)、檢測(cè)、控制命令設(shè)備碼：地址碼 通道指令： 通道自身的指令，用于執(zhí)行I/O操作，存放于主存，由通道執(zhí)行，完成輸入輸出功能 在具有通道的計(jì)算機(jī)中， I/O指令不負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)輸入輸出，而主要完成啟停設(shè)備、通道控制，實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸由通道完成。操作碼操作碼 命令碼命令碼 設(shè)備碼設(shè)備碼操作碼操作碼 地址碼地址碼大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨二、輸入輸出系統(tǒng)的組成二、輸入輸出系統(tǒng)的組成p

7、I/O硬件：通道硬件：通道-設(shè)備控制器設(shè)備控制器-設(shè)備設(shè)備大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨三、三、I/O設(shè)備與主機(jī)的聯(lián)系方式設(shè)備與主機(jī)的聯(lián)系方式p I/O設(shè)備編址方式設(shè)備編址方式 統(tǒng)一編址： I/O占用存儲(chǔ)器地址空間，無(wú)須專(zhuān)門(mén)的I/O指令。減少了存儲(chǔ)器最大容量。 獨(dú)立編址： I/O地址與存儲(chǔ)器地址分開(kāi)，采用專(zhuān)門(mén)指令來(lái)訪(fǎng)問(wèn)I/O。不占用主存容量。p 設(shè)備尋址設(shè)備尋址 每臺(tái)設(shè)備都有設(shè)備號(hào)，啟動(dòng)設(shè)備時(shí)，由I/O指令的設(shè)備碼字段直接指出設(shè)備號(hào)，經(jīng)接口中的設(shè)備選擇電路選中設(shè)備。操作碼操作碼 命令碼命令碼 設(shè)備碼設(shè)備碼大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨三、三、I/O設(shè)備與主機(jī)的聯(lián)系方式設(shè)備與主機(jī)的聯(lián)系方式p 傳送方

8、式傳送方式 并行：多位同時(shí)傳送，需要多條數(shù)據(jù)線(xiàn)，速度快。 串行：一條數(shù)據(jù)線(xiàn)和一條地線(xiàn)，逐位傳送，速度慢，適用于遠(yuǎn)距離傳送。p 聯(lián)絡(luò)方式聯(lián)絡(luò)方式 立即響應(yīng)式：簡(jiǎn)單的外設(shè)，例如指示燈、繼電器等設(shè)備，隨時(shí)處在待命狀態(tài)，只要收到CPU的信號(hào)，立刻做出響應(yīng)。大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨三、三、I/O設(shè)備與主機(jī)的聯(lián)系方式設(shè)備與主機(jī)的聯(lián)系方式p 聯(lián)絡(luò)方式聯(lián)絡(luò)方式 異步工作采用應(yīng)答信號(hào)聯(lián)絡(luò) 同步工作采用同步時(shí)標(biāo)聯(lián)絡(luò)：要求外設(shè)與 CPU的工作速度完全一致“Ready”“Strobe”I/O 接接 口口I/O 設(shè)設(shè) 備備CPU大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨三、三、I/O設(shè)備與主機(jī)的聯(lián)系方式設(shè)備與主機(jī)的聯(lián)系方式p I

9、/O設(shè)備與主機(jī)的連接方式設(shè)備與主機(jī)的連接方式 輻射式：每臺(tái)設(shè)備都配有一套控制線(xiàn)路和一組信號(hào)線(xiàn) 總線(xiàn)式：便于增刪設(shè)備 外設(shè)外設(shè) 外設(shè)外設(shè) 外設(shè)外設(shè) 主主機(jī)機(jī)大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨四、四、I/O設(shè)備與主機(jī)信息傳送控制方式設(shè)備與主機(jī)信息傳送控制方式p I/O設(shè)備與主機(jī)信息傳送的控制方式如下：設(shè)備與主機(jī)信息傳送的控制方式如下： 程序查詢(xún)方式 中斷方式 DMA方式 通道方式 外圍處理機(jī)方式大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨1、程序查詢(xún)方式、程序查詢(xún)方式p CPU和和I/O串行串行工作，工作， I/O工作工作時(shí)時(shí)CPU原地踏步。原地踏步。從從I/O接口中讀接口中讀 一個(gè)字到一個(gè)字到CPU從從CPU向主存向

10、主存 寫(xiě)入一個(gè)字寫(xiě)入一個(gè)字CPU讀讀I/O狀態(tài)狀態(tài)檢查狀態(tài)檢查狀態(tài) 完成否完成否未準(zhǔn)備就緒未準(zhǔn)備就緒是是出錯(cuò)出錯(cuò)已準(zhǔn)備就緒已準(zhǔn)備就緒否否大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨2、中斷方式、中斷方式p CPU和和I/O部分并行工作，在中斷服務(wù)子部分并行工作，在中斷服務(wù)子程序中完成數(shù)據(jù)的傳送。程序中完成數(shù)據(jù)的傳送。大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨CPU 向向 I/O 發(fā)讀指令發(fā)讀指令CPU 讀讀 I/O 狀態(tài)狀態(tài)檢查狀態(tài)檢查狀態(tài)完成否？完成否？CPU 做其他事情做其他事情I/O 設(shè)備工作設(shè)備工作準(zhǔn)備就緒準(zhǔn)備就緒CPU I/O從從 CPU 向主存寫(xiě)入一個(gè)字向主存寫(xiě)入一個(gè)字CPU 主存主存從從 I/O 接口中讀一個(gè)

11、字到接口中讀一個(gè)字到CPUI/O CPU中斷請(qǐng)求中斷請(qǐng)求I/O CPU出錯(cuò)出錯(cuò)是是否否未錯(cuò)未錯(cuò)大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨CPU 向向 I/O 發(fā)讀指令發(fā)讀指令CPU 讀讀 I/O 狀態(tài)狀態(tài)檢查狀態(tài)檢查狀態(tài)完成否？完成否？CPU 做其他事情做其他事情I/O 設(shè)備工作設(shè)備工作準(zhǔn)備就緒準(zhǔn)備就緒CPU I/O從從 CPU 向主存寫(xiě)入一個(gè)字向主存寫(xiě)入一個(gè)字CPU 主存主存從從 I/O 接口中讀一個(gè)字到接口中讀一個(gè)字到CPUI/O CPU中斷請(qǐng)求中斷請(qǐng)求I/O CPU出錯(cuò)出錯(cuò)是是否否未錯(cuò)未錯(cuò) 中斷程序消除了中斷程序消除了CPU原地踏步的情況，但原地踏步的情況，但是，是，CPU在響應(yīng)中斷請(qǐng)求后，必須暫?，F(xiàn)

12、程在響應(yīng)中斷請(qǐng)求后，必須暫?，F(xiàn)程序，轉(zhuǎn)而去執(zhí)行中斷服務(wù)子程序，消耗了序，轉(zhuǎn)而去執(zhí)行中斷服務(wù)子程序，消耗了CPU資源，并且，中斷處理過(guò)程是有開(kāi)銷(xiāo)的。資源，并且，中斷處理過(guò)程是有開(kāi)銷(xiāo)的。大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨3、DMA方式方式p 在主存和在主存和I/O之間建立數(shù)據(jù)傳送的直接通道，之間建立數(shù)據(jù)傳送的直接通道，由由DMA控制器來(lái)完成信息傳送，不需要中控制器來(lái)完成信息傳送，不需要中斷斷CPU的運(yùn)行。進(jìn)一步提高了的運(yùn)行。進(jìn)一步提高了CPU和和I/O的并行程度。的并行程度。p CPU周期竊取周期竊取大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨存取周期結(jié)束存取周期結(jié)束CPU 執(zhí)行現(xiàn)行程序執(zhí)行現(xiàn)行程序CPU 執(zhí)行現(xiàn)行程序

13、執(zhí)行現(xiàn)行程序DMA請(qǐng)求請(qǐng)求啟動(dòng)啟動(dòng)I/OI/O準(zhǔn)備準(zhǔn)備I/O準(zhǔn)備準(zhǔn)備一個(gè)存取周期一個(gè)存取周期實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)I/O與主存與主存之間的傳送之間的傳送CPU 執(zhí)行執(zhí)行現(xiàn)行程序現(xiàn)行程序CPU查詢(xún)等待并傳輸查詢(xún)等待并傳輸I/O數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)CPU 執(zhí)行執(zhí)行現(xiàn)行程序現(xiàn)行程序啟動(dòng)啟動(dòng)I/OI/O 準(zhǔn)備及傳送準(zhǔn)備及傳送指令執(zhí)行周期結(jié)束指令執(zhí)行周期結(jié)束CPU 執(zhí)行現(xiàn)行程序執(zhí)行現(xiàn)行程序CPU 執(zhí)行現(xiàn)行程序執(zhí)行現(xiàn)行程序啟動(dòng)啟動(dòng)I/O中斷請(qǐng)求中斷請(qǐng)求I/O準(zhǔn)備準(zhǔn)備I/O準(zhǔn)備準(zhǔn)備CPU 處理中斷服務(wù)程序處理中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)實(shí)現(xiàn) I/O 與主機(jī)之間的傳送與主機(jī)之間的傳送間間斷斷啟動(dòng)啟動(dòng)I/O啟動(dòng)啟動(dòng)I/OI/O準(zhǔn)備準(zhǔn)備中斷請(qǐng)求中斷請(qǐng)

14、求啟動(dòng)啟動(dòng)I/OI/O準(zhǔn)備準(zhǔn)備一個(gè)存取周期一個(gè)存取周期DMA請(qǐng)求請(qǐng)求程序程序查詢(xún)查詢(xún)方式方式程序程序中斷中斷方式方式DMA 方式方式I/O 準(zhǔn)備及傳送準(zhǔn)備及傳送間間斷斷I/O準(zhǔn)備準(zhǔn)備I/O準(zhǔn)備準(zhǔn)備大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨5.2 I/O設(shè)備設(shè)備p 計(jì)算機(jī)中除主機(jī)外的其余部分，稱(chēng)為外部計(jì)算機(jī)中除主機(jī)外的其余部分，稱(chēng)為外部設(shè)備（設(shè)備（ I/O 設(shè)備、外設(shè)）設(shè)備、外設(shè)）主機(jī)主機(jī) 設(shè)備設(shè)備控制器控制器機(jī)、電機(jī)、電磁、光磁、光部分部分I/O接接口口外部設(shè)備外部設(shè)備大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨外設(shè)分類(lèi)外設(shè)分類(lèi)p 分為三類(lèi)分為三類(lèi) 人機(jī)交互設(shè)備：鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、打印機(jī)、顯人機(jī)交互設(shè)備：鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、打印機(jī)、顯示

15、器。示器。 信息存儲(chǔ)設(shè)備：磁盤(pán)、光盤(pán)、磁帶。信息存儲(chǔ)設(shè)備：磁盤(pán)、光盤(pán)、磁帶。 機(jī)機(jī)-機(jī)通信設(shè)備：調(diào)制解調(diào)器、機(jī)通信設(shè)備：調(diào)制解調(diào)器、A/D、D/A。大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨鍵盤(pán)鍵盤(pán)p 鍵盤(pán)輸入信息流程：按鍵、判斷按下哪個(gè)鍵盤(pán)輸入信息流程：按鍵、判斷按下哪個(gè)鍵、得到按鍵鍵、得到按鍵ASC II碼碼p 按鍵確認(rèn)：按鍵確認(rèn)： 圖5.15，帶有只讀存儲(chǔ)器的編碼鍵盤(pán)原理 軟件判斷按鍵：行列反轉(zhuǎn)法p 按鍵去抖按鍵去抖 軟件方法 硬件方法大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨顯示器顯示器p 按顯示設(shè)備所用的顯示器件分類(lèi)按顯示設(shè)備所用的顯示器件分類(lèi) CRT-陰極射線(xiàn)管(cathode r

16、ay tube)顯示器 LCD-液晶顯示器(liquid crystal display) PDP-等離子顯示器(Plasma display Panel)。p 按所顯示的信息內(nèi)容分類(lèi)按所顯示的信息內(nèi)容分類(lèi) 字符顯示器、圖形顯示器和圖像顯示器。p 按顯示設(shè)備的功能分類(lèi)按顯示設(shè)備的功能分類(lèi) 普通顯示器、顯示終端兩大類(lèi)大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨陰極射線(xiàn)管（陰極射線(xiàn)管（CRT）顯示器）顯示器大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨CRT顯示器參數(shù)顯示器參數(shù)大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨平板顯示器平板顯示器p 平板顯示器平板顯示器(FPD)：一般是指顯示器的深度小于顯示屏幕對(duì)角線(xiàn)1/4長(zhǎng)度的顯示器件。p 分類(lèi)：分

17、類(lèi)：有液晶顯示(LCD)、等離子體顯示(PDP)、場(chǎng)發(fā)射顯示(FED)、電致發(fā)光顯示(ELD)等。p 特點(diǎn)：特點(diǎn)：LCD本身不發(fā)光，靠調(diào)制外光源實(shí)現(xiàn)顯示，其余各類(lèi)顯示均自身發(fā)光。大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨液晶顯示器（液晶顯示器（LCD）p液晶是液態(tài)晶體的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是一種有機(jī)化合物。p具有明顯的光學(xué)各向異性，它本身不發(fā)光，但能夠調(diào)制外照光實(shí)現(xiàn)信息顯示，使用時(shí)需要背光源。p液晶顯示具有低工作電壓、微功耗、體積輕薄， 易于實(shí)現(xiàn)大畫(huà)面顯示，顯示色彩優(yōu)良等特點(diǎn)。p應(yīng)用領(lǐng)域 薄膜晶體管液晶顯示器(TFT-LCD)p發(fā)展方向超薄、高亮、寬視角大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨LCD顯示器參數(shù)顯示器參數(shù)大連理工大學(xué)

18、軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨等離子（等離子（PDP）顯示器）顯示器p 等離子體顯示利用惰性氣體在一定電壓作用下產(chǎn)生氣體放電現(xiàn)象而實(shí)現(xiàn)的一種發(fā)光型平板顯示技術(shù)。p 彩色PDP技術(shù)與熒光燈顯示原理相同，利用氣體放電產(chǎn)生紫外線(xiàn)，紫外線(xiàn)激發(fā)光致熒光粉，熒光粉發(fā)射可見(jiàn)光，使用三基色熒光粉實(shí)現(xiàn)紅、綠、藍(lán)三色，并使每基色單元實(shí)現(xiàn)256級(jí)灰度，再進(jìn)行混色達(dá)到彩色顯示的目的。大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨PDP顯示器特點(diǎn)顯示器特點(diǎn)p 易于實(shí)現(xiàn)大面積顯示(可達(dá)70英寸)。p 全色顯示。利用紅、綠、藍(lán)三基色，可實(shí)現(xiàn)256級(jí)灰度和2563種顏色。色純度與CRT相當(dāng)。p 視角達(dá)160，在所有顯示技術(shù)中最佳。p 壽命長(zhǎng)(3萬(wàn)小時(shí))。p

19、 需要在功耗、發(fā)光效率、對(duì)比度方面進(jìn)行改進(jìn)，像素的間距有待進(jìn)一步縮小。價(jià)格高大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨路明經(jīng)典案例路明經(jīng)典案例大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨顯示技術(shù)中的相關(guān)概念顯示技術(shù)中的相關(guān)概念p 圖形圖形(graphics) 指由線(xiàn)和面構(gòu)成的，沒(méi)有亮暗層次變化的線(xiàn)條圖，如建筑、機(jī)械所用的工程設(shè)計(jì)圖、電路圖等。 早期的圖形顯示和處理只是局限在二值化的范圍，只能用線(xiàn)條的有無(wú)來(lái)表示簡(jiǎn)單的圖形。p 圖像圖像(image) 指由象素描繪的，具有亮暗層次的圖。 自然界的圖像經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后顯示的圖像稱(chēng)作數(shù)字圖像，就是將圖片上連續(xù)的亮暗變化變換為離散的數(shù)字量，并以點(diǎn)陣列的形式顯

20、示輸出。大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨photoshop大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨幾個(gè)研究熱門(mén)領(lǐng)域幾個(gè)研究熱門(mén)領(lǐng)域p 數(shù)字水印數(shù)字水印易損數(shù)字水印、魯棒數(shù)字水印圖像水印、音頻水印、視頻水印、文本水印以及用于三維網(wǎng)格模型的網(wǎng)格水印 p 模式識(shí)別模式識(shí)別模式識(shí)別(Pattern Recognition)是指對(duì)表征事物或現(xiàn)象的各種形式的(數(shù)值的、文字的和邏輯關(guān)系的)信息進(jìn)行處理和分析,以對(duì)事物或現(xiàn)象進(jìn)行描述、辨認(rèn)、分類(lèi)和解釋的過(guò)程,是信息科學(xué)和人工智能的重要組成部分。 指紋識(shí)別、人臉識(shí)別、虹膜識(shí)別、人耳識(shí)別大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨分辨率和灰度級(jí)分辨率和灰度級(jí) 分辨率和灰度級(jí)決定了所顯示圖的質(zhì)量p

21、象素象素pixels 在顯示屏幕上，圖形和圖像都是由稱(chēng)作像素的光點(diǎn)組成的。p分辨率分辨率resolution 顯示設(shè)備所能表示的像素個(gè)數(shù)，即光點(diǎn)的個(gè)數(shù)。 取決于熒光粉的粒度，屏的尺寸和電子束的聚焦能力。p灰度級(jí)灰度級(jí)gray level 所顯示像素點(diǎn)的亮暗差別，在彩色顯示器中則表現(xiàn)為顏色的不同。大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨刷新和幀存儲(chǔ)器刷新和幀存儲(chǔ)器p視覺(jué)暫留與余暉效應(yīng)視覺(jué)暫留與余暉效應(yīng)p刷新刷新 refresh 為了使人眼能看到穩(wěn)定的圖像，就必須在圖像消失之前使電子束不斷地重復(fù)掃描整個(gè)屏幕。 每秒刷新的次數(shù)稱(chēng)刷新頻率或掃描頻率。p視頻存儲(chǔ)器視頻存儲(chǔ)器 VRAM 不斷提供刷新圖像的信號(hào)，必須把

22、圖像存儲(chǔ)起來(lái)，存儲(chǔ)圖像的存儲(chǔ)器叫“幀存儲(chǔ)器”或“視頻存儲(chǔ)器”。 VRAM的容量由圖像分辨率和灰度級(jí)決定。大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨隨機(jī)掃描和光柵掃描隨機(jī)掃描和光柵掃描p電子束在熒光屏上按某種軌跡運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為掃描，控制電子束掃描軌跡的電路叫掃描偏轉(zhuǎn)電路。p掃描方式有兩種，隨機(jī)掃描隨機(jī)掃描和光柵掃描光柵掃描。 隨機(jī)掃描隨機(jī)掃描是控制電子束在CRT屏幕上隨機(jī)地運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生圖形和字符。電子束只在需要作圖的地方掃描，而不必掃描全屏幕，所以這種掃描方式畫(huà)圖速度快，圖象清晰。 光柵掃描光柵掃描是電視中采用的掃描方法。在電視中，要求圖像充滿(mǎn)整個(gè)畫(huà)面，因此要求電子束掃過(guò)整個(gè)屏幕。光柵掃描是從上至下順序掃描，采用

23、逐行掃描和隔行掃描兩種方式。大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨漢字處理技術(shù)漢字處理技術(shù)漢字編碼標(biāo)準(zhǔn)漢字編碼標(biāo)準(zhǔn)p 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局公布國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)： GB2312-80 信息交換用漢字編碼字符集基本集， 收集了常用漢字6763個(gè)，其中一級(jí)漢字3755個(gè)。大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨漢字的輸入方法漢字的輸入方法p 鍵盤(pán)輸入方式p 漢字編碼可歸納成音碼、形碼和音形碼漢字編碼可歸納成音碼、形碼和音形碼p 語(yǔ)音輸入方式：p 手寫(xiě)輸入方式p 印刷體掃描識(shí)別大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨p漢字內(nèi)碼漢字內(nèi)碼 用于漢字信息的存儲(chǔ)、交換、檢索等的機(jī)內(nèi)代碼 內(nèi)碼比字形點(diǎn)陣碼占用空間少，一般用兩個(gè)字節(jié)就可以表示漢字。 漢字內(nèi)碼表

24、示有許多種，要考慮的因素： 碼位盡量短；表示的漢字要足夠多；碼值要連續(xù)有序，以便于操作運(yùn)算。漢字的存儲(chǔ)漢字的存儲(chǔ)大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨字形碼字形碼p 也稱(chēng)字模碼，目前計(jì)算機(jī)顯示器和打印機(jī)都用點(diǎn)陣表示漢字字形代碼，它是漢字的輸出形式。根據(jù)輸出漢字的要求不同，點(diǎn)陣的多少也不同。p 字模點(diǎn)陣的信息量是很大的，所占存儲(chǔ)空間也很大。只能用來(lái)構(gòu)成“字庫(kù)”，而不能用于機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)。p 漢字字形最初就是采用上述的點(diǎn)陣字形，為了提高字形質(zhì)量，以后開(kāi)始采用矢量表示，繼而采用輪廓曲線(xiàn)，或同時(shí)采用矢量和曲線(xiàn)來(lái)表示數(shù)字和拼音字母大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨字模舉例字模舉例大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨字模舉例字模舉例信

25、息存儲(chǔ)量？信息存儲(chǔ)量？大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨輸出設(shè)備輸出設(shè)備打印機(jī)打印機(jī)p 打印輸出打印輸出是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)最基本的輸出形式，可將打印在紙上的信息長(zhǎng)期保存。人們將一切可以產(chǎn)生永久性記錄的設(shè)備統(tǒng)稱(chēng)為硬拷貝設(shè)備，如打印機(jī)、繪圖機(jī)、靜電印刷機(jī)以及紙帶穿孔機(jī)、卡片穿孔機(jī)等。p 打印機(jī)的分類(lèi)打印機(jī)的分類(lèi) 印字原理?yè)舸蚴?非擊打式 工作方式串行打印機(jī)/行式打印機(jī) 圖形/圖像打印機(jī)，黑白/彩色打印機(jī)大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨p 結(jié)構(gòu) 打印頭 字車(chē) 輸紙機(jī)構(gòu) 色帶機(jī)構(gòu) 控制器 針式打印機(jī)針式打印機(jī)大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨激光打印機(jī)激光打印機(jī)p 激光打印機(jī)工作步驟激光打印機(jī)工作步驟帶電曝光顯影(顯像)轉(zhuǎn)

26、印定影(固定)清除殘像p 打印速度打印速度：每分鐘輸出的頁(yè)數(shù) (pages per minute，簡(jiǎn)稱(chēng)PPM) 。 p 印字分辨率印字分辨率：每英寸象素點(diǎn)個(gè)數(shù)表示 (Dots per Inch, DPI)大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨噴墨打印機(jī)噴墨打印機(jī)p 連續(xù)式噴墨打印機(jī)連續(xù)式噴墨打印機(jī) 墨水回收機(jī)制，圖墨水回收機(jī)制，圖5.25p 隨機(jī)式噴墨打印機(jī)工作原理隨機(jī)式噴墨打印機(jī)工作原理系統(tǒng)供給的墨滴只在需要印字時(shí)才噴出系統(tǒng)供給的墨滴只在需要印字時(shí)才噴出大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨5.3 I/O接口接口p 接口可以看做兩個(gè)系統(tǒng)或部件之間的交接接口

27、可以看做兩個(gè)系統(tǒng)或部件之間的交接部分，它既是兩種硬件設(shè)備之間的連接電部分，它既是兩種硬件設(shè)備之間的連接電路，也可以看做兩個(gè)軟件之間的共同邏輯路，也可以看做兩個(gè)軟件之間的共同邏輯邊界。邊界。主機(jī)主機(jī) 設(shè)備設(shè)備控制器控制器機(jī)、電機(jī)、電磁、光磁、光部分部分I/O接接口口外部設(shè)備外部設(shè)備大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨一、為什么要采用一、為什么要采用I/O接口接口p 實(shí)現(xiàn)設(shè)備的選擇實(shí)現(xiàn)設(shè)備的選擇p 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖，達(dá)到速度匹配實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖，達(dá)到速度匹配p 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)串實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)串-并格式轉(zhuǎn)換并格式轉(zhuǎn)換p 實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換p 傳送控制命令傳送控制命令p 反映設(shè)備的狀態(tài)（反映設(shè)備的狀態(tài)（“忙忙”、“就緒就緒

28、”、“中斷請(qǐng)求中斷請(qǐng)求”）大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨二、接口的功能與組成二、接口的功能與組成p 總線(xiàn)連接方式的總線(xiàn)連接方式的I/O接口電路接口電路 設(shè)備選擇線(xiàn) 數(shù)據(jù)線(xiàn) 命令線(xiàn) 狀態(tài)線(xiàn)I/O 接口接口設(shè)備設(shè)備I/O 接口接口設(shè)備設(shè)備數(shù)據(jù)線(xiàn)數(shù)據(jù)線(xiàn)命令線(xiàn)命令線(xiàn)狀態(tài)線(xiàn)狀態(tài)線(xiàn)I/O總線(xiàn)總線(xiàn)設(shè)備選擇線(xiàn)設(shè)備選擇線(xiàn)大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨I/O接口的基本組成接口的基本組成 命令寄存器命令寄存器和命令譯碼器和命令譯碼器 設(shè)備選擇設(shè)備選擇 電路電路 設(shè)備狀態(tài)設(shè)備狀態(tài) 標(biāo)記標(biāo)記 數(shù)據(jù)緩沖數(shù)據(jù)緩沖 寄存器寄存器DBR 控制邏輯電路控制邏輯電路I/O接口接口外外 部部 設(shè)設(shè) 備備數(shù)據(jù)線(xiàn)數(shù)據(jù)線(xiàn)命令命令狀態(tài)狀態(tài)數(shù)據(jù)線(xiàn)

29、數(shù)據(jù)線(xiàn)命令線(xiàn)命令線(xiàn)狀態(tài)線(xiàn)狀態(tài)線(xiàn)CPU地址線(xiàn)地址線(xiàn)大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨三、接口類(lèi)型三、接口類(lèi)型p 按數(shù)據(jù)傳送方式按數(shù)據(jù)傳送方式 并行接口：intel8255 串行接口：intel8251p 按功能選擇的靈活性分類(lèi)按功能選擇的靈活性分類(lèi) 可編程接口：intel8255、intel8251 不可編程接口：intel8212大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨三、接口類(lèi)型三、接口類(lèi)型p 按通用性分類(lèi)按通用性分類(lèi) 通用接口：intel8255、intel8251 專(zhuān)用接口：intel8279、intel8275p 按數(shù)據(jù)傳送的控制方式分類(lèi)按數(shù)據(jù)傳送的控制方式分類(lèi) 中斷接口：intel8259 DMA接口

30、：intel8257大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨5.4 程序查詢(xún)方式程序查詢(xún)方式一、程序查詢(xún)流程一、程序查詢(xún)流程檢查狀態(tài)標(biāo)記檢查狀態(tài)標(biāo)記1 設(shè)備設(shè)備1 準(zhǔn)備就緒？準(zhǔn)備就緒？檢查狀態(tài)標(biāo)記檢查狀態(tài)標(biāo)記N 設(shè)備設(shè)備N(xiāo)準(zhǔn)備就緒？準(zhǔn)備就緒？處理設(shè)備處理設(shè)備1是是否否否否處理設(shè)備處理設(shè)備N(xiāo)是是1. 查詢(xún)流程查詢(xún)流程檢查狀態(tài)標(biāo)記檢查狀態(tài)標(biāo)記交換數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒準(zhǔn)備就緒?是是否否單單個(gè)個(gè)設(shè)設(shè)備備多個(gè)設(shè)備多個(gè)設(shè)備測(cè)測(cè)試試指指令令轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移移指指令令傳傳送送指指令令大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨二、程序流程二、程序流程設(shè)置主存緩沖區(qū)首址設(shè)置主存緩沖區(qū)首址設(shè)置計(jì)數(shù)值設(shè)置計(jì)數(shù)值啟動(dòng)外設(shè)啟動(dòng)外設(shè)傳送一個(gè)數(shù)據(jù)傳送一個(gè)數(shù)據(jù)修

31、改主存地址修改主存地址修改計(jì)數(shù)值修改計(jì)數(shù)值結(jié)束結(jié)束I/O傳送傳送準(zhǔn)備好？準(zhǔn)備好？傳送完？傳送完？未完未完是是完完否否傳送一個(gè)數(shù)據(jù)塊傳送一個(gè)數(shù)據(jù)塊大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨設(shè)備選擇電路設(shè)備選擇電路DBRQQ&數(shù)據(jù)線(xiàn)數(shù)據(jù)線(xiàn)準(zhǔn)備就緒準(zhǔn)備就緒啟動(dòng)命令啟動(dòng)命令地址線(xiàn)地址線(xiàn)SEL輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)啟動(dòng)設(shè)備啟動(dòng)設(shè)備設(shè)備工作設(shè)備工作 結(jié)束結(jié)束DB10 10以輸入為例以輸入為例三、查詢(xún)方式的接口電路三、查詢(xún)方式的接口電路CPU端端外設(shè)端外設(shè)端大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨5.5 程序中斷方式程序中斷方式p 計(jì)算機(jī)在執(zhí)行程序的過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)異常計(jì)算機(jī)在執(zhí)行程序的過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)異常情況或特殊請(qǐng)求時(shí)，計(jì)算機(jī)情況或特殊請(qǐng)

32、求時(shí)，計(jì)算機(jī)停止停止現(xiàn)行程序現(xiàn)行程序的運(yùn)行，的運(yùn)行，轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向?qū)@些異常情況或特殊請(qǐng)求對(duì)這些異常情況或特殊請(qǐng)求的處理，處理結(jié)束后再的處理，處理結(jié)束后再返回返回到現(xiàn)行程序的到現(xiàn)行程序的間斷處，間斷處，繼續(xù)繼續(xù)執(zhí)行原程序，這就是中斷。執(zhí)行原程序，這就是中斷。大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨二、中斷的產(chǎn)生二、中斷的產(chǎn)生發(fā)中斷請(qǐng)求發(fā)中斷請(qǐng)求 空閑空閑接收接收數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)接收接收數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備準(zhǔn)備發(fā)中斷請(qǐng)求發(fā)中斷請(qǐng)求打印打印打印打印打印機(jī)打印機(jī)執(zhí)行主程序執(zhí)行主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序響應(yīng)中斷響應(yīng)中斷中斷返回中斷返回響應(yīng)中斷響應(yīng)中斷中斷返回中斷返回 啟動(dòng)啟動(dòng)打印機(jī)打印機(jī)傳送傳送數(shù)據(jù)

33、數(shù)據(jù)傳送傳送數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)CPU以以打打印印機(jī)機(jī)為為例例大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨三、中斷接口電路三、中斷接口電路DQ&1INTR 中斷請(qǐng)求觸發(fā)器中斷請(qǐng)求觸發(fā)器INTR = 1 有請(qǐng)求有請(qǐng)求MASK 中斷屏蔽觸發(fā)器中斷屏蔽觸發(fā)器MASK = 1 被屏蔽被屏蔽來(lái)自來(lái)自 CPU 的的中斷查詢(xún)信號(hào)中斷查詢(xún)信號(hào)受設(shè)備本身控制受設(shè)備本身控制INTR D MASKQD 完成觸發(fā)器完成觸發(fā)器中斷請(qǐng)求中斷請(qǐng)求配置配置中斷請(qǐng)求觸發(fā)器中斷請(qǐng)求觸發(fā)器和和中斷屏蔽觸發(fā)器中斷屏蔽觸發(fā)器大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨三、中斷接口電路三、中斷接口電路DQ&1INTR 中斷請(qǐng)求觸發(fā)器中斷請(qǐng)求觸發(fā)器INTR = 1 有請(qǐng)求有請(qǐng)求MA

34、SK 中斷屏蔽觸發(fā)器中斷屏蔽觸發(fā)器MASK = 1 被屏蔽被屏蔽來(lái)自來(lái)自 CPU 的的中斷查詢(xún)信號(hào)中斷查詢(xún)信號(hào)受設(shè)備本身控制受設(shè)備本身控制INTR D MASKQD 完成觸發(fā)器完成觸發(fā)器中斷請(qǐng)求中斷請(qǐng)求配置配置中斷請(qǐng)求觸發(fā)器中斷請(qǐng)求觸發(fā)器和和中斷屏蔽觸發(fā)器中斷屏蔽觸發(fā)器允許男同學(xué)提問(wèn)：中斷屏蔽觸發(fā)器允許男同學(xué)提問(wèn)：中斷屏蔽觸發(fā)器通過(guò)寫(xiě)紙條提問(wèn)：中斷請(qǐng)求觸發(fā)器通過(guò)寫(xiě)紙條提問(wèn)：中斷請(qǐng)求觸發(fā)器講話(huà)間歇我會(huì)查看是否有紙條講話(huà)間歇我會(huì)查看是否有紙條外設(shè)外設(shè)CPU某外設(shè)發(fā)出中斷請(qǐng)求某外設(shè)發(fā)出中斷請(qǐng)求我們開(kāi)始上課啦我們開(kāi)始上課啦大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨INTP1 INTP2 INTP3 INTP4 IN

35、TR1INTR2INTR3INTR4 1& 1& 1& 1& INTR1設(shè)備設(shè)備 1#、2#、3#、4# 優(yōu)先級(jí)優(yōu)先級(jí)按按 降序排列降序排列INTRi = 1 有請(qǐng)求有請(qǐng)求 即即 INTRi = 0排隊(duì)器排隊(duì)器INTR1INTP1INTR2INTP2INTR3INTP3INTR4INTP4鏈?zhǔn)脚抨?duì)器鏈?zhǔn)脚抨?duì)器0 10011大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨3、中斷向量地址形成部件、中斷向量地址形成部件入口地址入口地址向量地址向量地址(中斷向量號(hào)中斷向量號(hào))排隊(duì)器輸出排隊(duì)器輸出由軟件產(chǎn)生由軟件產(chǎn)生硬件向量法硬件向量法 顯示器服務(wù)程序 打印機(jī)服務(wù)程序JMP 400JMP 300JMP 200主存主存12

36、 13 14 200300向量地址向量地址入口地址入口地址入口地址入口地址中斷向量地址中斷向量地址 形成部件形成部件 設(shè)備設(shè)備編碼器編碼器0 1 0 000001100詳見(jiàn)第八章詳見(jiàn)第八章由由硬件硬件產(chǎn)生產(chǎn)生向量地址向量地址進(jìn)而找到進(jìn)而找到入口地址入口地址大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨設(shè)備選擇電路設(shè)備選擇電路DBR DQ&數(shù)據(jù)線(xiàn)數(shù)據(jù)線(xiàn)啟動(dòng)命令啟動(dòng)命令地址線(xiàn)地址線(xiàn)SEL輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)啟動(dòng)設(shè)備啟動(dòng)設(shè)備設(shè)備工作設(shè)備工作 結(jié)束結(jié)束&1QQDINTR BQQMASK 設(shè)備編碼器設(shè)備編碼器排隊(duì)器排隊(duì)器中斷查詢(xún)中斷查詢(xún)來(lái)自高一級(jí)來(lái)自高一級(jí) 的排隊(duì)器的排隊(duì)器至低一級(jí)至低一級(jí)的排隊(duì)器的排隊(duì)器向量地址向量地址中斷

37、響應(yīng)中斷響應(yīng) INTA中斷請(qǐng)求中斷請(qǐng)求命令譯碼命令譯碼4. 程序中斷方式接口電路的基本組成程序中斷方式接口電路的基本組成大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨設(shè)備選擇電路設(shè)備選擇電路DBR DQ&數(shù)據(jù)線(xiàn)數(shù)據(jù)線(xiàn)啟動(dòng)命令啟動(dòng)命令地址線(xiàn)地址線(xiàn)SEL輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)啟動(dòng)設(shè)備啟動(dòng)設(shè)備設(shè)備工作設(shè)備工作 結(jié)束結(jié)束&1QQDINTR BQQMASK 設(shè)備編碼器設(shè)備編碼器排隊(duì)器排隊(duì)器中斷查詢(xún)中斷查詢(xún)來(lái)自高一級(jí)來(lái)自高一級(jí) 的排隊(duì)器的排隊(duì)器至低一級(jí)至低一級(jí)的排隊(duì)器的排隊(duì)器向量地址向量地址中斷響應(yīng)中斷響應(yīng) INTA中斷請(qǐng)求中斷請(qǐng)求命令譯碼命令譯碼4. 程序中斷方式接口電路的基本組成程序中斷方式接口電路的基本組成大連理工大學(xué)軟件

38、學(xué)院 賴(lài)曉晨四、中斷處理過(guò)程四、中斷處理過(guò)程1、CPU響應(yīng)中斷的條件和時(shí)間響應(yīng)中斷的條件和時(shí)間 條件： CPU允許中斷：中斷允許觸發(fā)器EINT=1。（開(kāi)中斷、關(guān)中斷指令可以改變EINT） 相關(guān)中斷的掩碼（MASK）為0 時(shí)間 每條指令執(zhí)行結(jié)束（CPU發(fā)出中斷查詢(xún)信號(hào)INTA（將INTR置1）。大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨設(shè)備選擇電路設(shè)備選擇電路DBR DQ&數(shù)據(jù)線(xiàn)數(shù)據(jù)線(xiàn)啟動(dòng)命令啟動(dòng)命令地址線(xiàn)地址線(xiàn)SEL輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)啟動(dòng)設(shè)備啟動(dòng)設(shè)備設(shè)備工作設(shè)備工作 結(jié)束結(jié)束&1QQDINTR BQQ MASK設(shè)備編碼器設(shè)備編碼器排隊(duì)器排隊(duì)器中斷查詢(xún)中斷查詢(xún)來(lái)自高一級(jí)來(lái)自高一級(jí) 的排隊(duì)器的排隊(duì)器至低一級(jí)至低一

39、級(jí)的排隊(duì)器的排隊(duì)器向量地址向量地址中斷響應(yīng)中斷響應(yīng) INTA中斷請(qǐng)求中斷請(qǐng)求命令譯碼命令譯碼2. I/O 中斷處理過(guò)程中斷處理過(guò)程10&DBR設(shè)備選擇電路設(shè)備選擇電路01以輸入為例以輸入為例大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨3、中斷處理的五個(gè)階段、中斷處理的五個(gè)階段p 中斷請(qǐng)求：中斷請(qǐng)求：INTRp 中斷判優(yōu)：鏈?zhǔn)脚抨?duì)中斷判優(yōu)：鏈?zhǔn)脚抨?duì)p 中斷響應(yīng)：中斷響應(yīng)：INTA，得到中斷號(hào)，得到中斷號(hào)p 中斷服務(wù)：根據(jù)中斷號(hào)查中斷向量表，得中斷服務(wù)：根據(jù)中斷號(hào)查中斷向量表，得到中斷入口地址，跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序到中斷入口地址，跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序p 中斷返回：從中斷服務(wù)程序中返回到源程中斷返回：從中斷服務(wù)程序中返

40、回到源程序繼續(xù)執(zhí)行序繼續(xù)執(zhí)行大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨五、中斷服務(wù)程序流程五、中斷服務(wù)程序流程p 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) 斷點(diǎn)保護(hù)： 中斷隱指令完成 保存寄存器值：進(jìn)棧指令p 中斷服務(wù)：中斷服務(wù)：（視情形開(kāi)中斷）p 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) 出棧指令p 中斷返回中斷返回 中斷返回指令大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨單重中斷與多重中斷單重中斷與多重中斷p 單重中斷：不允許中斷現(xiàn)行的中斷服務(wù)程單重中斷：不允許中斷現(xiàn)行的中斷服務(wù)程序序p 多重中斷（中斷嵌套）：允許更高級(jí)別的多重中斷（中斷嵌套）：允許更高級(jí)別的中斷源中斷現(xiàn)行的中斷服務(wù)程序中斷源中斷現(xiàn)行的中斷服務(wù)程序大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨3. 單重中斷和多重中斷

41、（中斷嵌套）服務(wù)程序流程單重中斷和多重中斷（中斷嵌套）服務(wù)程序流程中斷否？中斷否？保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備服務(wù)設(shè)備服務(wù)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) 開(kāi)中斷開(kāi)中斷中斷返回中斷返回取指令取指令執(zhí)行指令執(zhí)行指令中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序 中斷響應(yīng)中斷響應(yīng) 程序斷點(diǎn)進(jìn)棧程序斷點(diǎn)進(jìn)棧 關(guān)中斷關(guān)中斷 向量地址向量地址 PC中斷周期中斷周期是是中斷返回中斷返回保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備服務(wù)設(shè)備服務(wù)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)中斷開(kāi)中斷開(kāi)中斷開(kāi)中斷開(kāi)中斷開(kāi)中斷中斷隱指令中斷隱指令中斷隱指令中斷隱指令否否取指令取指令執(zhí)行指令執(zhí)行指令中斷否？中斷否？否否 中斷響應(yīng)中斷響應(yīng) 程序斷點(diǎn)進(jìn)棧程序斷點(diǎn)進(jìn)棧 關(guān)中斷關(guān)中斷向量地址向量地址 PC中斷周期中斷周

42、期是是中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序單重單重 多重多重 大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨?jī)?nèi)部總線(xiàn)內(nèi)部總線(xiàn) 緩沖器緩沖器讀讀 / 寫(xiě)寫(xiě)邏邏 輯輯級(jí)聯(lián)緩沖級(jí)聯(lián)緩沖器器/比較器比較器優(yōu)先權(quán)優(yōu)先權(quán)比較器比較器 ( PR ) 中斷中斷 服務(wù)服務(wù) 寄存寄存 器器(ISR) 中斷中斷 請(qǐng)求請(qǐng)求 寄存寄存 器器(IRR)中斷屏蔽寄存器中斷屏蔽寄存器 （IMR）控制邏輯控制邏輯INTINTAD7D0A0RDWRCSCAS0CAS1CAS2SP/ENIR0IR1IR2IR3IR4IR5IR6IR7內(nèi)部總線(xiàn)內(nèi)部總線(xiàn)中斷接口芯片中斷接口芯片 8259A 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨中斷過(guò)程總結(jié)中斷過(guò)程總結(jié)

43、內(nèi)存內(nèi)存中斷中斷向量表向量表1002001400主程序主程序10020014000178259A中斷控制器中斷控制器INT設(shè)備1設(shè)備0設(shè)備7中中斷斷服服務(wù)務(wù)程程序序INTAcpuI數(shù)據(jù)緩沖器數(shù)據(jù)緩沖器中斷請(qǐng)求寄存器中斷請(qǐng)求寄存器中斷屏蔽寄存器中斷屏蔽寄存器中斷排隊(duì)邏輯中斷排隊(duì)邏輯flags大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨5.6 DMA方式方式一、一、DMA方式的特點(diǎn)方式的特點(diǎn)1、DMA和程序中斷兩種方式的數(shù)據(jù)通路比較CPU主主存存ACC 中斷接口中斷接口DMA 接口接口I/O 設(shè)設(shè) 備備中斷方式數(shù)據(jù)傳送通路中斷方式數(shù)據(jù)傳送通路輸入輸入輸出輸出DMA方式數(shù)據(jù)傳送通路方式數(shù)據(jù)傳送通路大連理工大學(xué)軟件學(xué)

44、院 賴(lài)曉晨2、DMA 與主存交換數(shù)據(jù)的三種方式與主存交換數(shù)據(jù)的三種方式（1）停止）停止CPU訪(fǎng)問(wèn)主存訪(fǎng)問(wèn)主存控制簡(jiǎn)單CPU處于不工作狀態(tài)或保持狀態(tài)主存工作時(shí)間主存工作時(shí)間CPU不執(zhí)行程序不執(zhí)行程序DMA不工作不工作DMA不工作不工作DMA工作工作 CPU控制控制并使用主存并使用主存 DMA控制控制并使用主存并使用主存t大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨2、DMA 與主存交換數(shù)據(jù)的三種方式與主存交換數(shù)據(jù)的三種方式（1）停止）停止CPU訪(fǎng)問(wèn)主存訪(fǎng)問(wèn)主存控制簡(jiǎn)單CPU處于不工作狀態(tài)或保持狀態(tài)主存工作時(shí)間主存工作時(shí)間CPU不執(zhí)行程序不執(zhí)行程序DMA不工作不工作DMA不工作不工作DMA工作工作 CPU控制控制

45、并使用主存并使用主存 DMA控制控制并使用主存并使用主存t未充分發(fā)揮未充分發(fā)揮CPU對(duì)主存的利用率對(duì)主存的利用率在在DMA接口中增加高速緩存接口中增加高速緩存CPUDMA控制器控制器設(shè)備設(shè)備高速高速緩存緩存內(nèi)存內(nèi)存大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨（2）周期挪用（或周期竊?。┲芷谂灿茫ɑ蛑芷诟`?。﹑ DMA訪(fǎng)問(wèn)主存有三種可能訪(fǎng)問(wèn)主存有三種可能CPU此時(shí)不訪(fǎng)存：總線(xiàn)立刻交給DMACPU此時(shí)正訪(fǎng)存：CPU訪(fǎng)存結(jié)束后總線(xiàn)立刻交DMACPU與DMA同時(shí)請(qǐng)求訪(fǎng)存：總線(xiàn)交DMA 主存工作時(shí)間主存工作時(shí)間 CPU控制控制并使用主存并使用主存 DMA控制控制并使用主存并使用主存t大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨（3）D

46、MA與與CPU交替訪(fǎng)問(wèn)交替訪(fǎng)問(wèn)p CPU工作周期分為兩部分：工作周期分為兩部分： C1：專(zhuān)供DMA訪(fǎng)存 C2：專(zhuān)供CPU訪(fǎng)存主存工作時(shí)間主存工作時(shí)間DMA控制控制并使用主存并使用主存CPU控制控制并使用主存并使用主存t不需要不需要 申請(qǐng)建立和歸還申請(qǐng)建立和歸還 總線(xiàn)的使用權(quán)總線(xiàn)的使用權(quán)大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨二、二、DMA接口的功能和組成接口的功能和組成1、DMA接口功能接口功能 向CPU申請(qǐng)DMA傳送 處理總線(xiàn)控制權(quán)的轉(zhuǎn)交 管理系統(tǒng)總線(xiàn)、控制數(shù)據(jù)傳送 確定數(shù)據(jù)傳送的首址和長(zhǎng)度 修正傳送過(guò)程中的數(shù)據(jù)地址和長(zhǎng)度 DMA傳送結(jié)束時(shí)，給出操作完成信號(hào)大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨2、DMA接口組成

47、接口組成DMA接口接口主主存存CPUDMA 控控 制制 邏邏 輯輯 中中 斷斷 機(jī)機(jī) 構(gòu)構(gòu)設(shè)備設(shè)備HLDAARWCDARHRQ中斷請(qǐng)求中斷請(qǐng)求數(shù)據(jù)線(xiàn)數(shù)據(jù)線(xiàn)地址線(xiàn)地址線(xiàn)+1+1溢出信號(hào)溢出信號(hào)DREQDACKBR大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨三、三、DMA的工作過(guò)程的工作過(guò)程1、DMA傳送過(guò)程傳送過(guò)程 預(yù)處理、數(shù)據(jù)傳送、后處理（1）預(yù)處理）預(yù)處理 通過(guò)幾條輸入輸出指令預(yù)置如下信息 通知DMA控制邏輯傳送方向（入/出） 設(shè)備地址-DMA的DAR 主存地址-DMA的AR傳送字?jǐn)?shù)-DMA的WC大連理工大學(xué)軟件學(xué)院 賴(lài)曉晨（2）DMA傳送過(guò)程示意傳送過(guò)程示意預(yù)處理預(yù)處理：主存起始地址主存起始地址設(shè)備地址設(shè)備地址 傳送數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)傳送數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)啟動(dòng)設(shè)備啟動(dòng)設(shè)備DMADMADMA數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)傳送：繼續(xù)執(zhí)行主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序同時(shí)完成一批數(shù)據(jù)傳送同時(shí)完成一批數(shù)據(jù)傳送后處理后處理：中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序做做 DMA 結(jié)束處理結(jié)束處理繼續(xù)執(zhí)行主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序CPU允許傳送？允許傳送？主存地址送總線(xiàn)主存地址送總線(xiàn)數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)送I/O設(shè)備（或主存設(shè)備（或主存 ）修改修改 主存地址主存地址修