計(jì)算機(jī)組成原理2014第十三講

計(jì)算機(jī)組成原理舒燕君計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院第十三講四、I/O設(shè)備與主機(jī)信息傳送的控制方式1.程序查詢方式CPU和I/O串行工作踏步等待CPU讀I/O狀態(tài)檢查狀態(tài)未準(zhǔn)備就緒出錯(cuò)從I/O接口中讀一個(gè)字到CPU從CPU向主存寫入一個(gè)字CPU向I/O發(fā)讀指令CPU讀I/O狀態(tài)檢查狀態(tài)完成否未準(zhǔn)備就緒現(xiàn)行程序是出錯(cuò)已準(zhǔn)備就緒否5.12.程序中斷方式I/O工作CPU不查詢CPU暫?，F(xiàn)行程序自身準(zhǔn)備與主機(jī)交換信息CPU和I/O并行工作

啟動(dòng)I/O設(shè)備現(xiàn)行程序

……中斷服務(wù)程序KK+1…沒有踏步等待現(xiàn)象中斷現(xiàn)行程序5.1程序中斷方式流程CPU向I/O發(fā)讀指令CPU讀I/O狀態(tài)檢查狀態(tài)完成否？CPU做其他事情I/O設(shè)備工作準(zhǔn)備就緒CPUI/O從CPU向主存寫入一個(gè)字CPU主存從I/O接口中讀一個(gè)字到CPUI/OCPU中斷請(qǐng)求I/OCPU出錯(cuò)是否未錯(cuò)5.13.DMA方式主存和I/O之間有一條直接數(shù)據(jù)通道不中斷現(xiàn)行程序周期挪用（周期竊?。〤PU和I/O并行工作存取周期結(jié)束CPU執(zhí)行現(xiàn)行程序CPU執(zhí)行現(xiàn)行程序DMA請(qǐng)求啟動(dòng)I/OI/O準(zhǔn)備I/O準(zhǔn)備一個(gè)存取周期實(shí)現(xiàn)I/O與主存之間的傳送5.1三種方式的CPU工作效率比較存取周期結(jié)束CPU執(zhí)行現(xiàn)行程序CPU執(zhí)行現(xiàn)行程序DMA請(qǐng)求啟動(dòng)I/OI/O準(zhǔn)備I/O準(zhǔn)備一個(gè)存取周期實(shí)現(xiàn)I/O與主存之間的傳送CPU

執(zhí)行現(xiàn)行程序CPU查詢等待并傳輸I/O數(shù)據(jù)CPU

執(zhí)行現(xiàn)行程序啟動(dòng)I/OI/O準(zhǔn)備及傳送指令執(zhí)行周期結(jié)束CPU執(zhí)行現(xiàn)行程序CPU執(zhí)行現(xiàn)行程序啟動(dòng)I/O中斷請(qǐng)求I/O準(zhǔn)備I/O準(zhǔn)備CPU處理中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)I/O與主機(jī)之間的傳送間斷啟動(dòng)I/O啟動(dòng)I/OI/O準(zhǔn)備中斷請(qǐng)求啟動(dòng)I/OI/O準(zhǔn)備一個(gè)存取周期DMA請(qǐng)求程序查詢方式程序中斷方式DMA方式5.1I/O準(zhǔn)備及傳送間斷I/O準(zhǔn)備I/O準(zhǔn)備5.3I/O接口一、概述為什么要設(shè)置接口？1.實(shí)現(xiàn)設(shè)備的選擇2.實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖達(dá)到速度匹配4.實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換5.傳送控制命令6.反映設(shè)備的狀態(tài)（“忙”、“就緒”、“中斷請(qǐng)求”）3.實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)串并格式轉(zhuǎn)換二、接口的功能和組成(1)設(shè)備選擇線(2)數(shù)據(jù)線(3)命令線(4)狀態(tài)線I/O接口設(shè)備I/O接口設(shè)備數(shù)據(jù)線命令線狀態(tài)線I/O總線設(shè)備選擇線總線連接方式的I/O接口電路5.32.接口的功能和組成功能組成選址功能傳送命令的功能傳送數(shù)據(jù)的功能反映設(shè)備狀態(tài)的功能設(shè)備選擇電路命令寄存器、命令譯碼器數(shù)據(jù)緩沖寄存器設(shè)備狀態(tài)標(biāo)記完成觸發(fā)器D工作觸發(fā)器B中斷請(qǐng)求觸發(fā)器INTR屏蔽觸發(fā)器MASK5.33.I/O接口的基本組成命令寄存器和命令譯碼器設(shè)備選擇電路設(shè)備狀態(tài)標(biāo)記數(shù)據(jù)緩沖寄存器DBR控制邏輯電路I/O接口外部設(shè)備數(shù)據(jù)線命令狀態(tài)數(shù)據(jù)線命令線狀態(tài)線CPU地址線5.35.4程序查詢方式一、程序查詢流程檢查狀態(tài)標(biāo)記1設(shè)備1準(zhǔn)備就緒？檢查狀態(tài)標(biāo)記N設(shè)備N準(zhǔn)備就緒？…處理設(shè)備1是否否處理設(shè)備N是1.查詢流程檢查狀態(tài)標(biāo)記交換數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒?是否單個(gè)設(shè)備多個(gè)設(shè)備測(cè)試指令轉(zhuǎn)移指令傳送指令2.程序流程設(shè)置主存緩沖區(qū)首址設(shè)置計(jì)數(shù)值啟動(dòng)外設(shè)傳送一個(gè)數(shù)據(jù)修改主存地址修改計(jì)數(shù)值結(jié)束I/O傳送準(zhǔn)備好？傳送完？未完是完否5.4

保存寄存器內(nèi)容②設(shè)備選擇電路DBRQQ&數(shù)據(jù)線準(zhǔn)備就緒啟動(dòng)命令地址線SEL輸入數(shù)據(jù)啟動(dòng)設(shè)備設(shè)備工作結(jié)束①③④⑤⑥D(zhuǎn)B二、程序查詢方式的接口電路①②③⑤1010④5.4以輸入為例⑥5.5程序中斷方式一、中斷的概念…KK+1QQ+1……中斷服務(wù)程序1中斷服務(wù)程序2入口1入口2二、I/O中斷的產(chǎn)生以打印機(jī)為例發(fā)中斷請(qǐng)求空閑接收數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)準(zhǔn)備發(fā)中斷請(qǐng)求打印打印打印機(jī)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)中斷中斷返回響應(yīng)中斷中斷返回啟動(dòng)打印機(jī)傳送數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)CPUCPU與打印機(jī)并行工作5.5三、程序中斷方式的接口電路1.配置中斷請(qǐng)求觸發(fā)器和中斷屏蔽觸發(fā)器DQ&1INTR中斷請(qǐng)求觸發(fā)器INTR=1有請(qǐng)求MASK中斷屏蔽觸發(fā)器MASK=1被屏蔽來自CPU的中斷查詢信號(hào)受設(shè)備本身控制INTRDMASKQD完成觸發(fā)器5.5中斷請(qǐng)求2.排隊(duì)器排隊(duì)在CPU內(nèi)或在接口電路中（鏈?zhǔn)脚抨?duì)器）硬件軟件5.5詳見第八章INTP1′INTP2′INTP3′INTP4′INTR1INTR2INTR3INTR41&1&1&1&INTR1設(shè)備1#、2#、3#、4#優(yōu)先級(jí)按降序排列INTRi

=1有請(qǐng)求即INTRi=01INTP11INTP21INTP31INTP4&&&&INTR1INTR2INTR3INTR4INTR1INTR2INTR3INTR41&1&1&1&INTP1′INTP2′INTP3′INTP4′INTR2INTR1INTR1INTR25.51&INTP22.排隊(duì)器排隊(duì)在CPU內(nèi)或在接口電路中（鏈?zhǔn)脚抨?duì)器）硬件軟件詳見第八章3.中斷向量地址形成部件入口地址…向量地址…排隊(duì)器輸出由軟件產(chǎn)生硬件向量法

顯示器服務(wù)程序

打印機(jī)服務(wù)程序JMP400JMP300JMP200…………主存12H13H14H200300向量地址入口地址入口地址中斷向量地址形成部件設(shè)備編碼器1000…000100100100…00010011詳見第八章由硬件產(chǎn)生向量地址再由向量地址找到入口地址5.5設(shè)備選擇電路DBR

DQ&數(shù)據(jù)線啟動(dòng)命令地址線SEL輸入數(shù)據(jù)啟動(dòng)設(shè)備設(shè)備工作結(jié)束&1QQDINTRBQQMASK

設(shè)備編碼器排隊(duì)器中斷查詢來自高一級(jí)的排隊(duì)器至低一級(jí)的排隊(duì)器向量地址中斷響應(yīng)INTA中斷請(qǐng)求命令譯碼4.程序中斷方式接口電路的基本組成5.5四、I/O中斷處理過程1.CPU響應(yīng)中斷的條件和時(shí)間(1)條件(2)時(shí)間允許中斷觸發(fā)器EINT=1用開中斷指令將EINT置“1”用關(guān)中斷指令將EINT置“0”或硬件自動(dòng)復(fù)位當(dāng)D=1（隨機(jī)）且MASK=0

時(shí)在每條指令執(zhí)行階段的結(jié)束前CPU發(fā)中斷查詢信號(hào)（將INTR置“1”）5.5設(shè)備選擇電路DBRDQ&數(shù)據(jù)線啟動(dòng)命令地址線SEL輸入數(shù)據(jù)啟動(dòng)設(shè)備設(shè)備工作結(jié)束&1QQDINTRBQQMASK設(shè)備編碼器排隊(duì)器中斷查詢來自高一級(jí)的排隊(duì)器至低一級(jí)的排隊(duì)器向量地址中斷響應(yīng)INTA中斷請(qǐng)求命令譯碼①②③④⑤⑥⑦⑧2.I/O中斷處理過程①10&DBR④⑤⑦⑧設(shè)備選擇電路01以輸入為例②5.5③⑥五、中斷服務(wù)程序流程1.中斷服務(wù)程序的流程(1)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)(2)中斷服務(wù)(3)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)(4)中斷返回對(duì)不同的I/O設(shè)備具有不同內(nèi)容的設(shè)備服務(wù)中斷返回指令2.單重中斷和多重中斷不允許中斷現(xiàn)行的中斷服務(wù)程序單重中斷多重中斷允許級(jí)別更高的中斷源中斷現(xiàn)行的中斷服務(wù)程序中斷隱指令完成進(jìn)棧指令出棧指令程序斷點(diǎn)的保護(hù)寄存器內(nèi)容的保護(hù)5.53.單重中斷和多重中斷的服務(wù)程序流程中斷否？保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備服務(wù)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)開