江西財(cái)經(jīng)大學(xué)第9章 輸入輸出系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)組成原理朱華貴2017年11月16日計(jì)算機(jī)組成原理第9章輸入輸出系統(tǒng)朱華貴2017年11月16日計(jì)算機(jī)組成原理主機(jī)與外設(shè)之間的連接程序查詢方式程序中斷方式DMA方式通道方式。9.1主機(jī)與外設(shè)的連接9.2程序查詢方式及其接口9.3中斷系統(tǒng)和程序中斷方式9.4DMA方式及其接口9.5通道控制方式本章學(xué)習(xí)要求了解：接口的基本組成，接口和端口概念了解：程序查詢方式的特點(diǎn)和工作流程理解：程序中斷的概念掌握：CPU響應(yīng)中斷的條件和中斷隱指令概念理解：中斷的各個(gè)過(guò)程了解：DMA方式的特點(diǎn)和DMA接口的組成理解：DMA傳送方法和DMA傳送過(guò)程。了解：通道控制方式和通道控制的類型9.1主機(jī)與外設(shè)的連接各類外部設(shè)備與主機(jī)的連接方式復(fù)雜多變。主機(jī)和外設(shè)的連接方式:(1)輻射型連接(星型)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、連線多，缺乏靈活性。(2)總線型連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于擴(kuò)展。速度慢(3)結(jié)合型連接主機(jī)通過(guò)“通道”來(lái)管理外設(shè)主機(jī)與通道間采用輻射型連接，通道和外設(shè)間則采用總線型連接。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中接口的位置I/O接口是主機(jī)和外設(shè)之間的交接界面，主機(jī)和外設(shè)通過(guò)接口實(shí)現(xiàn)信息交換。設(shè)置接口的原因：緩解主機(jī)和外設(shè)在信息形式和工作速度上的差異。9.1.1輸入輸出接口1.接口的功能⑴實(shí)現(xiàn)主機(jī)和外設(shè)的通信聯(lián)絡(luò)控制

用同步控制電路來(lái)解決兩者的時(shí)間配合問(wèn)題。⑵進(jìn)行地址譯碼和設(shè)備選擇主機(jī)要與不同外設(shè)交換信息，當(dāng)CPU送來(lái)選擇外設(shè)的地址碼后，接口必須對(duì)地址進(jìn)行譯碼以產(chǎn)生設(shè)備選擇信息，使主機(jī)能和指定外設(shè)交互9.1.2接口的功能和基本組成1.接口的功能（續(xù)）⑶實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖傳送過(guò)程中，先將數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)緩沖寄存器中，再送到輸出設(shè)備或主機(jī)中，以避免因速度不一致而丟失數(shù)據(jù)。⑷數(shù)據(jù)格式的變換

主機(jī)和外設(shè)采用不同數(shù)據(jù)格式，接口電路中必須具有實(shí)現(xiàn)各類數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)換的功能。例如：并－串轉(zhuǎn)換、模－數(shù)轉(zhuǎn)換等。⑸傳遞控制命令和狀態(tài)信息當(dāng)CPU要啟動(dòng)某一外設(shè)時(shí)，通過(guò)接口中的命令寄存器向外設(shè)發(fā)出啟動(dòng)命令；當(dāng)外設(shè)準(zhǔn)備就緒時(shí)，則有“準(zhǔn)備好”狀態(tài)信息送回接口中的狀態(tài)寄存器。當(dāng)外設(shè)向CPU提出中斷請(qǐng)求和DMA請(qǐng)求時(shí)，CPU也應(yīng)反饋?lái)憫?yīng)信號(hào)給外設(shè)。接口中分別傳送數(shù)據(jù)信息、控制信息和狀態(tài)信息，這些信息都通過(guò)數(shù)據(jù)總線來(lái)傳送，并送入接口中相應(yīng)的寄存器（又稱端口）。狀態(tài)信息（視為輸入數(shù)據(jù)）

狀態(tài)寄存器控制信息（視為輸出數(shù)據(jù)）

控制寄存器數(shù)據(jù)信息

數(shù)據(jù)寄存器2.接口的基本組成接口與端口的區(qū)別：端口：接口中可以被CPU直接訪問(wèn)的寄存器接口：由若干個(gè)端口及相應(yīng)的控制邏輯電路組成一個(gè)接口中包含數(shù)據(jù)端口、命令端口和狀態(tài)端口。有的端口只能寫或只能讀，有的端口既可以讀又可以寫。例如：對(duì)狀態(tài)端口只能讀，可將外設(shè)的狀態(tài)標(biāo)志送到CPU中去；對(duì)命令端口只能寫，可將CPU的各種控制命令發(fā)送給外設(shè)。2.接口的基本組成（續(xù)）接口與主機(jī)、外設(shè)間的連接示意圖

⑴按數(shù)據(jù)傳送方式分類(串行接口、并行接口)⑵按主機(jī)訪問(wèn)I/O設(shè)備的控制方式分類（程序查詢接口、程序中斷接口、DMA直接存儲(chǔ)器存取接口、通道控制器接口）⑶按功能選擇的靈活性分類（可編程接口、不可編程接口）⑷按通用性分類（通用接口、專用接口）⑸按輸入輸出的信號(hào)分類（數(shù)字接口、模擬接口）⑹按應(yīng)用來(lái)分類（運(yùn)行輔助接口、用戶交互接口、傳感接口、控制接口）3.接口的類型必須對(duì)外設(shè)進(jìn)行編址才能在眾多外設(shè)中找出要與主機(jī)進(jìn)行信息交換的外設(shè)。外設(shè)識(shí)別：通過(guò)地址總線和接口電路中的外設(shè)識(shí)別電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。9.1.3外設(shè)的識(shí)別與端口尋址I/O端口地址⑴獨(dú)立編址把I/O端口地址與存儲(chǔ)器地址分別進(jìn)行獨(dú)立的編址（都從全0開(kāi)始編址）。CPU訪問(wèn)主存時(shí)，由主存讀寫控制線控制；訪問(wèn)外設(shè)時(shí)，由I/O讀寫控制線控制1.端口地址編址方式⑵統(tǒng)一編址把端口地址與存儲(chǔ)器地址統(tǒng)一編址。

把I/O接口中的端口作為主存單元一樣進(jìn)行訪問(wèn)，不設(shè)置專門的I/O指令I(lǐng)ntel80x86的I/O地址空間由216（64K）個(gè)獨(dú)立編址的8位端口組成。兩個(gè)連續(xù)的8位端口可作為16位端口處理；四個(gè)連續(xù)端口可作為32位端口處理。I/O地址空間最多能提供64K個(gè)8位端口、32K個(gè)16位端口、16K個(gè)32位端口或總?cè)萘坎怀^(guò)64KB的不同端口的組合。2.獨(dú)立編址方式的端口訪問(wèn)I/O芯片名稱

地址范圍

DMAC1DMAC2DMA頁(yè)面寄存器

0000-001FH00C0-00DFH0080-009FH

中斷控制器1中斷控制器2

0020-003FH00A0-00BFH

定時(shí)器并行接口芯片(鍵盤接口)RT/CMOSRAM協(xié)處理器0040-005FH0060-006FH0070-007FH00F0-00FFH系統(tǒng)板I/O接口芯片端口地址(0000H-00FFH)：PC/AT/Pentium：A8=A9=0端口(256個(gè))為系統(tǒng)板所用，其他端口(768個(gè))為擴(kuò)展槽所用。80x86的I/O指令有直接尋址和間接尋址兩種直接尋址I/O端口的尋址范圍為00～FFH，至多為256個(gè)端口地址。間接尋址由DX寄存器（16位）間接給出I/O端口地址。最多可尋址216個(gè)端口地址。CPU一次可實(shí)現(xiàn)字節(jié)（8位）、字（16位）或雙字（32位）的數(shù)據(jù)傳送。32位端口應(yīng)對(duì)準(zhǔn)可被4整除的偶地址；16位端口應(yīng)對(duì)準(zhǔn)偶地址；8位端口可定位在偶地址，也可定位在奇地址。2.獨(dú)立編址方式的端口訪問(wèn)（續(xù)）9.1.4

輸入輸出信息傳送控制方式主機(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)、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由集中管理到各部件分散管理的發(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4種。1.程序查詢方式程序直接控制方式，輸入和輸出完全通過(guò)CPU執(zhí)行程序來(lái)完成的。一旦某外設(shè)被啟動(dòng)，主機(jī)將查詢這個(gè)外設(shè)的狀態(tài)位，看其是否準(zhǔn)備就緒？若外設(shè)未準(zhǔn)備就緒，主機(jī)將再次查詢，直到外設(shè)準(zhǔn)備就緒可執(zhí)行I/O操作。優(yōu)點(diǎn)：控制簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：外設(shè)和主機(jī)、外設(shè)之間都不能同時(shí)工作，系統(tǒng)效率很低。CPU譯碼數(shù)據(jù)線M/IOWR或門地址線接口外設(shè)輸出CPU譯碼數(shù)據(jù)線M/IORD或門地址線接口外設(shè)輸入在啟動(dòng)外設(shè)后，主機(jī)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。優(yōu)點(diǎn)：cpu不需要等待外設(shè)的輸入輸出操作缺點(diǎn)：完成一次程序中斷需要許多輔助操作，主要適用于中、低速外設(shè)。2.程序中斷方式中斷方式主程序中斷服務(wù)子程序中斷申請(qǐng)信號(hào)在主存和外設(shè)之間開(kāi)辟直接的數(shù)據(jù)通路，主存和外設(shè)之間信息傳送時(shí)基本上不需要CPU介入。DMA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。3.直接存儲(chǔ)器存取（DMA）方式ABDBCB

CPUDMACMemoryI/OHOLDHLDA(1)DMAC接收I/O接口的DMA請(qǐng)求，并向CPU發(fā)出總線請(qǐng)求信號(hào)HOLD；DMA的基本功能和步驟(2)當(dāng)CPU發(fā)出總線回答信號(hào)HLAD后，接管對(duì)總線的控制，進(jìn)入DMA傳送過(guò)程；(3)能實(shí)現(xiàn)有效的尋址，即能輸出地址信息并在數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中自動(dòng)修改地址；(4)能向存儲(chǔ)器和I/O接口發(fā)出相應(yīng)的讀/寫控制信號(hào)；(5)能控制數(shù)據(jù)傳送的字節(jié)數(shù)，控制DMA傳送是否結(jié)束；(6)在DMA傳送結(jié)束后，能釋放總線給CPU，恢復(fù)CPU對(duì)總線的控制。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：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。通道在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，不論交換信息多少，只打擾CPU兩次（啟動(dòng)和停止時(shí)）。優(yōu)點(diǎn)：主機(jī)、外設(shè)和通道可以并行工作，且一個(gè)通道可以控制多臺(tái)不同類型設(shè)備。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。4.I/O通道控制方式程序查詢方式的核心問(wèn)題在于需要不斷地查詢I/O設(shè)備是否準(zhǔn)備就緒。9.2程序查詢方式及其接口1.程序查詢的基本思想程序直接控制方式:由CPU執(zhí)行一段輸入輸出程序來(lái)實(shí)現(xiàn)主機(jī)與外設(shè)間的數(shù)據(jù)傳送CPU在程序中查詢外設(shè)的工作狀態(tài)：如果外設(shè)尚未準(zhǔn)備就緒，CPU就循環(huán)等待，只有當(dāng)外設(shè)已作好準(zhǔn)備，CPU才能執(zhí)行I/O指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。9.2.1程序查詢方式2.程序查詢方式的工作流程①預(yù)置傳送參數(shù)：傳送前，CPU執(zhí)行初始化程序，設(shè)置主存緩沖區(qū)首地址和傳送數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)②向外設(shè)接口發(fā)出命令字：CPU執(zhí)行輸出指令向選定的外設(shè)接口發(fā)出命令字啟動(dòng)外設(shè)。③從外設(shè)接口取回狀態(tài)字：CPU執(zhí)行輸入指令從接口中取回狀態(tài)字，判斷是否可以數(shù)據(jù)傳送。④查詢外設(shè)標(biāo)志：CPU不斷查詢狀態(tài)標(biāo)志，直到這個(gè)外設(shè)發(fā)出“外設(shè)準(zhǔn)備就緒”信號(hào)為止。⑤傳送數(shù)據(jù)：輸入時(shí)，從接口的數(shù)據(jù)緩沖寄存器中接收數(shù)據(jù)；輸出時(shí)，將數(shù)據(jù)寫入接口的數(shù)據(jù)緩沖寄存器中。⑥修改傳送參數(shù)：每進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳送，要修改傳送參數(shù)，主存緩沖區(qū)地址加1，傳送個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)器減1。⑦判斷傳送是否結(jié)束若傳送個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)器為0，傳送結(jié)束若不為0，轉(zhuǎn)第③步，繼續(xù)傳送。預(yù)置傳送參數(shù)啟動(dòng)外設(shè)取外設(shè)狀態(tài)傳送一次數(shù)據(jù)修改傳送參數(shù)外設(shè)準(zhǔn)備就緒?傳送完否?YYNN結(jié)束輸出指令(OUT控制口,AL)輸入/輸出指令(INAL,數(shù)據(jù)口/OUT數(shù)據(jù)口,AL)輸入指令(INAL,狀態(tài)口)程序查詢方式流程最簡(jiǎn)單、硬件最少的I/O方式通常接口中至少有兩個(gè)寄存器：數(shù)據(jù)緩沖寄存器（數(shù)據(jù)端口：存放與CPU進(jìn)行傳送的數(shù)據(jù)信息；設(shè)備狀態(tài)寄存器（狀態(tài)端口）：有多個(gè)標(biāo)志位，最重要的是“外設(shè)準(zhǔn)備就緒”標(biāo)志。9.2.2程序查詢方式接口中斷是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)有效合理地發(fā)揮效能和提高效率的一個(gè)十分重要的功能。CPU中通常設(shè)有處理中斷的機(jī)構(gòu)——中斷系統(tǒng)，以解決各種中斷的共性問(wèn)題。9.3中斷系統(tǒng)和程序中斷方式1.中斷的提出程序查詢方式雖簡(jiǎn)單，但存在明顯缺點(diǎn)：⑴在查詢過(guò)程中，CPU長(zhǎng)期處于踏步等待狀態(tài)，使系統(tǒng)效率大大降低；⑵CPU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；⑶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。9.3.1中斷的基本概念CPU在程序中安排好在某一時(shí)刻啟動(dòng)某一臺(tái)外設(shè)，然后CPU繼續(xù)執(zhí)行原程序，不需要一直查看外設(shè)是否就緒。外設(shè)完成數(shù)據(jù)傳送的準(zhǔn)備工作時(shí)，會(huì)主動(dòng)向CPU發(fā)出一個(gè)中斷請(qǐng)求，請(qǐng)求CPU為自己服務(wù)在可以響應(yīng)中斷的條件下，CPU暫停正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序?yàn)橹袛嗾?qǐng)求者服務(wù)，在中斷服務(wù)程序中完成一次數(shù)據(jù)傳送，之后CPU仍返回原程序，從斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行。程序中斷方式的思想：程序中斷方式示意圖中斷的處理過(guò)程即是程序的切換過(guò)程：即從現(xiàn)行程序切換到中斷服務(wù)程序(保護(hù)斷點(diǎn)、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng))，再?gòu)闹袛喾?wù)程序返回到現(xiàn)行程序(恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)、恢復(fù)斷點(diǎn))。中斷系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)中斷功能的軟、硬件總稱CPU中配置中斷機(jī)構(gòu)外設(shè)接口中配置中斷控制器軟件上設(shè)計(jì)相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。程序中斷的定義：在計(jì)算機(jī)執(zhí)行現(xiàn)行程序的過(guò)程中，當(dāng)出現(xiàn)某些急需處理的異常情況和特殊請(qǐng)求時(shí)，CPU暫時(shí)中止現(xiàn)行程序，而轉(zhuǎn)去對(duì)隨機(jī)發(fā)生的更緊迫的事件進(jìn)行處理。在處理完畢后，CPU將自動(dòng)返回原來(lái)的程序繼續(xù)執(zhí)行。

①子程序的執(zhí)行是由程序員事先安排好的（call），而中斷服務(wù)程序的執(zhí)行則是由隨機(jī)的中斷事件引起的；②子程序的執(zhí)行受到主程序或上層子程序的控制，而中斷服務(wù)程序一般與被中斷的現(xiàn)行程序毫無(wú)關(guān)系；③不存在同時(shí)調(diào)用多個(gè)子程序的情況，而有可能多個(gè)外設(shè)會(huì)同時(shí)發(fā)出中斷請(qǐng)求。2.程序中斷與調(diào)用子程序的區(qū)別⑴自愿中斷和強(qiáng)迫中斷自愿中斷(程序自中斷)：不是隨機(jī)產(chǎn)生的，而是程序中安排的有關(guān)指令。如:80x86系統(tǒng)中的軟中斷指令I(lǐng)NTn(調(diào)用系統(tǒng)服務(wù)程序)強(qiáng)迫中斷：隨機(jī)產(chǎn)生的中斷，不是程序中事先安排好的。這種中斷會(huì)強(qiáng)迫計(jì)算機(jī)中止現(xiàn)行程序并轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序。3.中斷的基本類型⑵程序中斷和簡(jiǎn)單中斷程序中斷如前所述。簡(jiǎn)單中斷就是外設(shè)與主存間直接進(jìn)行信息交換的方法，即DMA方式。這種中斷不執(zhí)行中斷服務(wù)程序，不破壞現(xiàn)行程序的狀態(tài)。收到簡(jiǎn)單中斷請(qǐng)求時(shí)，主機(jī)讓出幾個(gè)存取周期供外設(shè)與主存交換信息，然后繼續(xù)執(zhí)行程序。3.中斷的基本類型（續(xù)）⑶內(nèi)中斷和外中斷內(nèi)中斷：由于CPU內(nèi)部硬件或軟件原因引起的中斷，如單步中斷、溢出中斷等。外中斷：CPU以外的部件引起的中斷?？梢苑譃椴豢善帘沃袛嗪涂善帘沃袛鄡煞N。不可屏蔽中斷優(yōu)先級(jí)別較高，常用于應(yīng)急處理，如掉電、主存讀寫校驗(yàn)錯(cuò)等；可屏蔽中斷級(jí)別較低，常用于一般I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送。3.中斷的基本類型（續(xù)）⑷向量中斷和非向量中斷向量中斷是指那些中斷服務(wù)程序的入口地址（向量地址）是由中斷事件自己提供的中斷。非向量中斷的中斷事件不能直接提供中斷服務(wù)程序的入口地址。⑸單重中斷和多重中斷單重中斷在CPU執(zhí)行中斷服務(wù)程序的過(guò)程中不能被再打斷。多重中斷在執(zhí)行某個(gè)中斷服務(wù)程序的過(guò)程中，CPU可去響應(yīng)級(jí)別更高的中斷請(qǐng)求，又稱為中斷嵌套。3.中斷的基本類型（續(xù)）1.中斷源和中斷請(qǐng)求信號(hào)中斷源：中斷請(qǐng)求的來(lái)源，即引起中斷的事件。一臺(tái)計(jì)算機(jī)允許有多個(gè)中斷源。為了記錄中斷事件并區(qū)分不同的中斷源，可采用具有存儲(chǔ)功能的中斷請(qǐng)求觸發(fā)器（INTR）。當(dāng)某個(gè)中斷源有中斷請(qǐng)求時(shí)，其相應(yīng)的中斷請(qǐng)求觸發(fā)器置成“1”狀態(tài)。中斷請(qǐng)求寄存器由多個(gè)觸發(fā)器組成。9.3.2中斷請(qǐng)求和中斷判優(yōu)⑴獨(dú)立請(qǐng)求線

每個(gè)中斷源單獨(dú)設(shè)置中斷請(qǐng)求線，將中斷請(qǐng)求信號(hào)直接送往CPU。⑵公共請(qǐng)求線

多個(gè)中斷源共有一根公共請(qǐng)求線。⑶二維結(jié)構(gòu)同一優(yōu)先級(jí)的中斷源采用一根公共的請(qǐng)求線；不同請(qǐng)求線上的中斷源優(yōu)先級(jí)不同。2.中斷請(qǐng)求信號(hào)的傳送全部中斷源應(yīng)根據(jù)中斷的性質(zhì)和處理的輕重緩急按照優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排隊(duì)。中斷優(yōu)先級(jí)的原則：對(duì)那些提出中斷請(qǐng)求后需要立刻處理，否則就會(huì)造成嚴(yán)重后果的中斷源規(guī)定最高的優(yōu)先級(jí)；而對(duì)那些可以延遲響應(yīng)和處理的中斷源規(guī)定較低的優(yōu)先級(jí)。3.中斷優(yōu)先級(jí)與判優(yōu)方法故障中斷>簡(jiǎn)單中斷(DMA)>外中斷(輸入>輸出)⑴軟件判優(yōu)法用程序來(lái)判別優(yōu)先級(jí)。接到中斷請(qǐng)求信號(hào)后，就執(zhí)行查詢程序，按優(yōu)先級(jí)大小逐個(gè)檢測(cè)中斷請(qǐng)求寄存器的各位狀態(tài)，先檢測(cè)具有最高優(yōu)先級(jí)的中斷源，再檢測(cè)次高優(yōu)先級(jí)的中斷源，依此類推。

優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單，可以靈活地修改中斷源的優(yōu)先級(jí)；缺點(diǎn)：查詢判優(yōu)過(guò)程占用CPU時(shí)間，判優(yōu)速度慢。⑵硬件判優(yōu)電路

采用硬件判優(yōu)電路實(shí)現(xiàn)中斷優(yōu)先級(jí)的判定?？晒?jié)省CPU時(shí)間，而且速度快，但是成本較高。判優(yōu)方法1.CPU響應(yīng)中斷的條件⑴CPU接收到中斷請(qǐng)求信號(hào)中斷源要發(fā)出請(qǐng)求，且CPU還要能接收到請(qǐng)求⑵CPU允許中斷（開(kāi)中斷）CPU內(nèi)部有一個(gè)中斷允許觸發(fā)器（EINT），只有EINT=1時(shí)，CPU才可以響應(yīng)中斷源的中斷請(qǐng)求；如EINT=0，CPU不允許中斷。EINT由開(kāi)中斷指令來(lái)置位，由關(guān)中斷指令或硬件自動(dòng)使其復(fù)位。9.3.3中斷響應(yīng)和中斷處理⑶一條指令執(zhí)行完畢

這是CPU響應(yīng)中斷請(qǐng)求的時(shí)間限制條件。一般情況下，CPU在一條指令執(zhí)行完畢且沒(méi)有更緊迫的任務(wù)時(shí)才能響應(yīng)中斷請(qǐng)求。1.CPU響應(yīng)中斷的條件（續(xù)）CPU響應(yīng)中斷之后，經(jīng)過(guò)某些操作，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序。這些操作被稱為中斷隱指令?！镫[指令并不是指令系統(tǒng)中的一條真正的指令，它沒(méi)有操作碼，是一種不允許、也不可能為用戶使用的特殊指令。2.中斷隱指令中斷隱指令完成的操作主要有：⑴保存斷點(diǎn)

為了在中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢能正確返回原程序，必須將原程序的斷點(diǎn)(PC的內(nèi)容)保存起來(lái)⑵暫不允許中斷

暫不允許中斷即關(guān)中斷。在保護(hù)中斷現(xiàn)場(chǎng)（即CPU的主要寄存器狀態(tài)）期間必須要關(guān)中斷。⑶引出中斷服務(wù)程序引出中斷服務(wù)程序的實(shí)質(zhì)就是取出中斷服務(wù)程序的入口地址送程序計(jì)數(shù)器PC。中斷隱指令的幾個(gè)操作在不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的處理方法是各異的。在組合邏輯控制的計(jì)算機(jī)中，專門設(shè)置了一個(gè)中斷周期來(lái)完成中斷隱指令的任務(wù)。在存儲(chǔ)邏輯型(微程序)計(jì)算機(jī)中，安排了一段公共微程序來(lái)完成中斷隱指令的操作。3.中斷周期接收中斷請(qǐng)求后，想要進(jìn)入中斷服務(wù)程序有兩種方法：軟件的方法：程序判優(yōu)、尋找中斷源，執(zhí)行中斷隱指令并且轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。方便、靈活，硬件極簡(jiǎn)單，但效率是比較低的。硬件的方法：硬件能自動(dòng)形成并找出與該中斷源對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序的入口地址。即向量中斷。向量中斷：中斷源發(fā)出中斷請(qǐng)求后，CPU會(huì)進(jìn)行判優(yōu)處理。若決定響應(yīng)，則向中斷源發(fā)出中斷響應(yīng)信號(hào)INTA。中斷源接到信號(hào)后就通過(guò)自己的向量地址形成部件向CPU發(fā)送向量地址，該地址會(huì)告訴CPU如何進(jìn)入中斷服務(wù)程序。4.進(jìn)入中斷服務(wù)程序工作完成允許中斷發(fā)中斷請(qǐng)求中斷優(yōu)先級(jí)判定選優(yōu)中斷響應(yīng)識(shí)別中斷源向量地址形成現(xiàn)場(chǎng)處理啟動(dòng)中斷服務(wù)程序向量地址_____INTRINTA中斷源

CPU工作完成允許中斷發(fā)中斷請(qǐng)求中斷優(yōu)先級(jí)判定選優(yōu)中斷響應(yīng)識(shí)別中斷源向量地址形成現(xiàn)場(chǎng)處理啟動(dòng)中斷服務(wù)程序向量地址通常有兩種情況：⑴向量地址是中斷服務(wù)程序的入口地址CPU直接根據(jù)地址進(jìn)入相應(yīng)中斷服務(wù)程序。⑵向量地址是中斷向量表的指針向量地址指向一個(gè)中斷向量表，從表中相應(yīng)單元中再取出中斷服務(wù)程序的入口地址，此時(shí)中斷源給出的向量地址是中斷服務(wù)程序入口地址的地址。中斷現(xiàn)場(chǎng)：發(fā)生中斷時(shí)CPU的主要狀態(tài)，包括最重要的斷點(diǎn)，及一些通用寄存器的狀態(tài)?，F(xiàn)場(chǎng)保護(hù)的原因：現(xiàn)行程序和中斷服務(wù)程序運(yùn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。在中斷隱指令中，CPU硬件將自動(dòng)保存斷點(diǎn)，有些計(jì)算機(jī)還自動(dòng)保存程序狀態(tài)寄存器（PSWR）的內(nèi)容。但是，要保證中斷返回后原程序能正確地繼續(xù)運(yùn)行，還有很多工作要做5.中斷現(xiàn)場(chǎng)的保護(hù)和恢復(fù)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)：中斷服務(wù)程序開(kāi)始時(shí)，由軟件去保存那些硬件沒(méi)有保存，而在中斷服務(wù)程序中又可能用到的寄存器的內(nèi)容，以便中斷返回時(shí)被恢復(fù)。軟、硬件保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)和向量中斷一起使用過(guò)程：①把斷點(diǎn)和程序狀態(tài)字自動(dòng)壓入堆棧，即保護(hù)舊現(xiàn)場(chǎng)；②接著根據(jù)中斷源送來(lái)的向量地址自動(dòng)取出中斷服務(wù)程序入口地址和新的程序狀態(tài)字，即建立新現(xiàn)場(chǎng)；③最后由一些指令實(shí)現(xiàn)對(duì)必要的通用寄存器的保護(hù)。④恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)則是保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)的逆處理。5.中斷現(xiàn)場(chǎng)的保護(hù)和恢復(fù)1.中斷嵌套多重中斷的能力：首先要能保護(hù)多個(gè)斷點(diǎn)，而且先發(fā)生的中斷請(qǐng)求的斷點(diǎn)，先保護(hù)后恢復(fù)；后發(fā)生的中斷請(qǐng)求的斷點(diǎn)，后保護(hù)先恢復(fù)。中斷嵌套實(shí)現(xiàn)的條件：使用堆棧保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)在CPU進(jìn)入某一中斷服務(wù)程序之后，系統(tǒng)必須處于開(kāi)中斷狀態(tài)。9.3.4多重中斷與中斷屏蔽允許中斷（開(kāi)中斷）還是禁止中斷（關(guān)中斷）是由CPU中的中斷允許觸發(fā)器控制的，置“1”，則允許中斷；置“0”，則禁止中斷。下列情況應(yīng)開(kāi)中斷：⑴在中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢，恢復(fù)中斷現(xiàn)場(chǎng)之后⑵在多重中斷的情況下，保護(hù)中斷現(xiàn)場(chǎng)之后下列情況應(yīng)關(guān)中斷：⑴正在響應(yīng)某一級(jí)中斷請(qǐng)求時(shí)；⑵在中斷服務(wù)程序的保護(hù)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)之前。2.允許和禁止中斷中斷屏蔽：中斷源發(fā)出的中斷請(qǐng)求并不一定能送到CPU去，可由程序控制是否封鎖部分中斷可為每個(gè)中斷源都相應(yīng)地配備一個(gè)中斷屏蔽觸發(fā)器（MASK），則每個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)在送往判優(yōu)電路之前，會(huì)受到屏蔽觸發(fā)器的控制。當(dāng)MASK=1，表示對(duì)應(yīng)中斷源的請(qǐng)求被屏蔽中斷請(qǐng)求觸發(fā)器和中斷屏蔽觸發(fā)器是成對(duì)出現(xiàn)的。3.中斷屏蔽用程序設(shè)置的方法將屏蔽寄存器中的某一位置“1”，則對(duì)應(yīng)的中斷請(qǐng)求被封鎖，無(wú)法去參加排隊(duì)判優(yōu)；若屏蔽寄存器中的某一位置“0”，才允許對(duì)應(yīng)的中斷請(qǐng)求送往CPU。★如何屏蔽？圖9-14中斷屏蔽寄存器的作用中斷屏蔽寄存器的作用取反輸出例：一個(gè)中斷系統(tǒng)有16個(gè)中斷源，每個(gè)中斷源按其優(yōu)先級(jí)別賦予一個(gè)屏蔽字。屏蔽字與中斷源的優(yōu)先級(jí)別是一一對(duì)應(yīng)的，“0”表示開(kāi)放，“1”表示屏蔽。第1級(jí)中斷源的屏蔽字是16個(gè)“1”，優(yōu)先級(jí)別最高，禁止本級(jí)和更低級(jí)的中斷請(qǐng)求；第16級(jí)中斷源的屏蔽字只有最低位為“1”，其余為“0”，優(yōu)先級(jí)別最低，僅禁止本級(jí)的中斷請(qǐng)求，而對(duì)其他高級(jí)的中斷請(qǐng)求全部開(kāi)放。中斷屏蔽設(shè)置方法各中斷源的屏蔽字中斷源的優(yōu)先級(jí)屏蔽字（16位）123┇1516111…111011…111001…111┇000…011000…001中斷屏蔽字的另一個(gè)作用是可以改變中斷優(yōu)先級(jí)，即改變中斷處理次序，稱之為中斷升級(jí)。中斷處理次序和中斷響應(yīng)次序的不同：中斷響應(yīng)次序是由硬件排隊(duì)電路決定的，無(wú)法改變。中斷處理次序是可以由屏蔽碼來(lái)改變的。中斷處理次序可以不同于中斷響應(yīng)次序。4.中斷升級(jí)例如，某中斷系統(tǒng)有4個(gè)中斷源，每個(gè)中斷源對(duì)應(yīng)一個(gè)屏蔽碼。中斷響應(yīng)的優(yōu)先次序?yàn)?→2→3→4，中斷的處理次序和中斷的響應(yīng)次序一致。4.中斷升級(jí)（續(xù)）程序級(jí)別屏

蔽

碼1級(jí)2級(jí)3級(jí)4級(jí)第1級(jí)第2級(jí)第3級(jí)第4級(jí)1000110011101111CPU的運(yùn)動(dòng)軌跡在不改變中斷響應(yīng)次序的條件下，通過(guò)改寫屏蔽碼可以改變中斷處理次序例：只需如圖改變中斷屏蔽碼，便可使中斷處理次序改為1→4→3→2，4.中斷升級(jí)（續(xù)）程序級(jí)別

屏

蔽

碼1級(jí)2級(jí)3級(jí)4級(jí)第1級(jí)第2級(jí)第3級(jí)第4級(jí)1000111110111001處理次序改變后的CPU運(yùn)動(dòng)軌跡中斷全過(guò)程：從中斷源發(fā)出中斷請(qǐng)求開(kāi)始，CPU響應(yīng)這個(gè)請(qǐng)求，現(xiàn)行程序被中斷，轉(zhuǎn)至中斷服務(wù)程序，直到中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢，CPU再返回原程序繼續(xù)執(zhí)行的整個(gè)過(guò)程中斷全過(guò)程分為5個(gè)階段：①中斷請(qǐng)求②中斷判優(yōu)③中斷響應(yīng)④中斷處理（執(zhí)行中斷服務(wù)程序）⑤中斷返回。9.3.5中斷全過(guò)程圖9-17中斷處理過(guò)程中斷處理過(guò)程中斷處理過(guò)程基本上由3部分組成:第一部分：準(zhǔn)備部分，其基本功能是保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，確定中斷源，最后開(kāi)放中斷，允許更高級(jí)的中斷請(qǐng)求打斷低級(jí)的中斷服務(wù)程序；第二部分：處理部分，即真正執(zhí)行具體的為某個(gè)中斷源服務(wù)的中斷服務(wù)程序；第三部分：結(jié)尾部分，首先要關(guān)中斷，以防止在恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程中被新的中斷請(qǐng)求打斷，接著恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，然后開(kāi)放中斷，以便返回原來(lái)的程序后可響應(yīng)其他的中斷請(qǐng)求。中斷服務(wù)程序的最后一條指令一定是中斷返回指令。

9.3.5中斷全過(guò)程（續(xù)）具有中斷能力的外設(shè)接口是由程序查詢式接口再加上中斷控制機(jī)構(gòu)組成的。

中斷控制機(jī)構(gòu)包括：⑴中斷請(qǐng)求電路⑵中斷優(yōu)先電路⑶向量地址形成部件9.3.6程序中斷接口結(jié)構(gòu)

DMA方式是為了在主存與外設(shè)之間實(shí)現(xiàn)高速、批量數(shù)據(jù)交換而設(shè)置的。DMA方式的數(shù)據(jù)傳送直接依靠硬件（DMA控制器）來(lái)實(shí)現(xiàn)，不需要執(zhí)行任何程序。9.4DMA方式及其接口1.DMA方式的特點(diǎn)出現(xiàn)原因：前兩種方式主要的工作都是由CPU執(zhí)行程序完成的，不能實(shí)現(xiàn)高速外設(shè)與主機(jī)的信息交換。定義：DMA方式是在外設(shè)和主存之間開(kāi)辟一條“直接數(shù)據(jù)通道”，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)不需要CPU干預(yù)也不需要軟件介入。工作原理：外設(shè)通過(guò)DMA控制器（對(duì)數(shù)據(jù)傳送過(guò)程進(jìn)行控制的硬件）向CPU提出DMA傳送請(qǐng)求，CPU響應(yīng)之后將讓出系統(tǒng)總線，由DMA控制器接管總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。9.4.1DMA方式的基本概念DMA方式的特點(diǎn)：⑴它使主存與CPU的固定聯(lián)系脫鉤，主存既可被CPU訪問(wèn)，又可被外設(shè)訪問(wèn)；⑵在數(shù)據(jù)塊傳送時(shí)，主存地址的確定、傳送數(shù)據(jù)的計(jì)數(shù)等都由硬件電路直接實(shí)現(xiàn)；⑶主存中要開(kāi)辟專用緩沖區(qū)供給和接收外設(shè)數(shù)據(jù)；⑷DMA傳送速度快，CPU和外設(shè)并行工作。⑸傳送開(kāi)始前要通過(guò)程序進(jìn)行預(yù)處理，結(jié)束后要通過(guò)中斷方式進(jìn)行后處理。⑴中斷方式是程序切換，需要保護(hù)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)；DMA方式除了開(kāi)始和結(jié)尾時(shí)，不占用CPU的任何資源。⑵對(duì)中斷請(qǐng)求的響應(yīng)只能發(fā)生在每條指令執(zhí)行完畢時(shí)；對(duì)DMA請(qǐng)求的響應(yīng)可以發(fā)生在每個(gè)機(jī)器周期結(jié)束時(shí)。2.DMA和中斷的區(qū)別取指令取源操作數(shù)取目的操作數(shù)執(zhí)行中斷斷點(diǎn)DMA斷點(diǎn)⑶中斷傳送過(guò)程需要CPU的干預(yù)；而DMA傳送過(guò)程不需要CPU的干預(yù)，適合于高速外設(shè)的成組數(shù)據(jù)傳送。⑷DMA請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)高于中斷請(qǐng)求。⑸中斷方式具有對(duì)異常事件的處理能力，而DMA方式僅局限于完成傳送數(shù)據(jù)塊的I/O操作。2.DMA和中斷的區(qū)別（續(xù)）應(yīng)用于主存與高速外設(shè)間的簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)傳送。如磁盤、磁帶、光盤等輔助存儲(chǔ)器以及其他帶有局部存儲(chǔ)器的外設(shè)、通信設(shè)備等。DMA傳送可用于快速的數(shù)據(jù)直傳。但其本身不能處理較復(fù)雜的事件。因此，在某些場(chǎng)合常綜合應(yīng)用DMA方式與程序中斷方式，二者互為補(bǔ)充。3.DMA方式的應(yīng)用1.DMA控制器的功能在數(shù)據(jù)傳送時(shí)，DMA控制器接管CPU的地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線，CPU的主存控制信號(hào)被禁止使用。在傳送結(jié)束后，恢復(fù)CPU的一切權(quán)利并開(kāi)始執(zhí)行其操作。DMA控制器具有控制系統(tǒng)總線的能力，即能夠像CPU一樣輸出地址信號(hào)，接收或發(fā)出控制信號(hào)，輸入或輸出數(shù)據(jù)信號(hào)。9.4.2DMA接口⑴接受外設(shè)發(fā)出的DMA請(qǐng)求，并向CPU發(fā)出總線請(qǐng)求；⑵收到CPU發(fā)出的總線響應(yīng)信號(hào)后，接管對(duì)總線的控制，進(jìn)入DMA操作周期；⑶確定傳送數(shù)據(jù)的主存單元地址及傳送長(zhǎng)度，并在傳送時(shí)自動(dòng)修改主存地址計(jì)數(shù)值和傳送長(zhǎng)度計(jì)數(shù)值；⑷規(guī)定數(shù)據(jù)在主存與外設(shè)之間的傳送方向，發(fā)出讀寫或其他控制信號(hào)，執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送的操作。⑸

向CPU報(bào)告DMA操作的結(jié)束。1.DMA控制器的功能圖9-20簡(jiǎn)單的DMA控制器

簡(jiǎn)單的DMA控制器

⑴主存地址計(jì)數(shù)器存放待交換數(shù)據(jù)的主存地址。其初始值為主存緩沖區(qū)的首地址，并在每傳送一個(gè)數(shù)據(jù)后，將地址計(jì)數(shù)器加“1”，直至這批數(shù)據(jù)傳送完畢。⑵傳送長(zhǎng)度計(jì)數(shù)器

記錄傳送數(shù)據(jù)塊的長(zhǎng)度。其初始值為傳送數(shù)據(jù)的總字?jǐn)?shù)或總字節(jié)數(shù)，每傳送一個(gè)字或一個(gè)字節(jié)，計(jì)數(shù)器自動(dòng)減“1”，當(dāng)值為0時(shí)表示數(shù)據(jù)已全部傳送完畢。

⑶數(shù)據(jù)緩沖寄存器2.DMA控制器的基本組成⑷DMA請(qǐng)求觸發(fā)器每當(dāng)外設(shè)準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)后給出一個(gè)控制信號(hào)，使DMA請(qǐng)求觸發(fā)器置位。⑸控制/狀態(tài)邏輯

由控制和時(shí)序電路以及狀態(tài)標(biāo)志等組成，用于指定傳送方向，修改傳送參數(shù)，并對(duì)DMA請(qǐng)求信號(hào)和CPU響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行協(xié)調(diào)和同步。⑹中斷機(jī)構(gòu)

當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)塊傳送完畢后向CPU提出中斷請(qǐng)求，由CPU進(jìn)行傳送的結(jié)尾處理。⑴地址總線在DMA方式下，呈輸出狀態(tài)，可對(duì)主存進(jìn)行地址選擇；在CPU方式下，呈輸入狀態(tài)，可對(duì)DMA控制器中的有關(guān)寄存器進(jìn)行尋址。⑵數(shù)據(jù)總線在DMA方式下，用它進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送；在CPU方式下，可對(duì)DMA控制器的有關(guān)寄存器進(jìn)行編程。3.DMA控制器的引出線⑶控制數(shù)據(jù)傳送方式的信號(hào)線

存儲(chǔ)器讀信號(hào)、存儲(chǔ)器寫信號(hào)、外設(shè)讀信號(hào)、外設(shè)寫信號(hào)。⑷DMA控制器與外設(shè)之間的聯(lián)絡(luò)信號(hào)線DMA請(qǐng)求信號(hào)DREQ(外設(shè)向DMA控制器)；DMA響應(yīng)信號(hào)DACK(DMA控制器向外設(shè))。⑸DMA控制器與CPU之間的聯(lián)絡(luò)信號(hào)線總線請(qǐng)求HRQ（DMA控制器向CPU）；總線響應(yīng)信號(hào)HLDA（CPU向DMA控制器）。4.DMA控制器的連接和傳送主存CPU

DMA控制器外設(shè)HRQHLDADREQDACKIOWIORMEMWMEMR數(shù)據(jù)總線地址總線DREQDREQDACKDACKHRQHRQHLDAHLDADMA控制器CPUCPUCPUDMA控制器CPU獲得總線控制權(quán)CPU獲得總線控制權(quán)DMA控制器獲得總線控制權(quán)外設(shè)將一個(gè)數(shù)據(jù)塊寫入主存時(shí)DMA控制器的操作過(guò)程：

①首先由外設(shè)向DMA控制器發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)DREQ。

②DMA控制器向CPU發(fā)出總線請(qǐng)求信號(hào)HRQ。

③CPU向DMA控制器發(fā)出總線響應(yīng)信號(hào)HLDA，此時(shí)，DMA控制器獲取了總線的控制權(quán)。

④DMA控制器向外設(shè)發(fā)出DMA響應(yīng)信號(hào)DACK，表示DMA控制器已控制了總線，允許外設(shè)與主存交換數(shù)據(jù)。⑤DMA控制器按主存地址計(jì)數(shù)器的內(nèi)容發(fā)出地址信號(hào)作為主存地址的選擇，同時(shí)主存地址計(jì)數(shù)器的內(nèi)容加1。

⑥D(zhuǎn)MA控制器發(fā)出信號(hào)到外設(shè)，將外設(shè)數(shù)據(jù)讀入總線，同時(shí)發(fā)出信號(hào)，將數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)寫入地址總線選中的主存單元。

⑦傳送長(zhǎng)度計(jì)數(shù)器減1。

重復(fù)⑤～⑦步驟，直到字節(jié)計(jì)數(shù)器減到0為止，數(shù)據(jù)塊的DMA方式傳送工作宣告完成。這時(shí)，DMA控制器的HRQ降為低電平，總線控制權(quán)交還CPU。1.DMA傳送方法⑴CPU停止訪問(wèn)主存法用DMA請(qǐng)求信號(hào)迫使CPU在現(xiàn)行機(jī)器周期執(zhí)行完成之后讓出總線控制權(quán)。缺點(diǎn)：每次DMA請(qǐng)求獲得批準(zhǔn)，DMA控制器獲得總線控制權(quán)以后，連續(xù)占用若干個(gè)存取周期進(jìn)行成組連續(xù)的數(shù)據(jù)傳送，直至批量傳送結(jié)束，DMA控制器才把總線控制權(quán)交回CPU。9.4.3DMA傳送方法與傳送過(guò)程DMA不工作DMA不工作CPU控制并使用主存DMA控制并使用主存主存工作時(shí)間tDMA工作CPU停止訪問(wèn)主存法⑵存儲(chǔ)器分時(shí)法把原來(lái)的一個(gè)存取周期分成兩個(gè)時(shí)間片，一片分給CPU，一片分給DMA，使CPU和DMA交替地訪問(wèn)主存。這種方法無(wú)須申請(qǐng)和歸還總線，使總線控制權(quán)的轉(zhuǎn)移幾乎不需要什么時(shí)間，所以CPU既不停止現(xiàn)行程序的運(yùn)行，也不進(jìn)入保持狀態(tài)，在CPU不知不覺(jué)中便進(jìn)行了DMA傳送；缺點(diǎn)：當(dāng)無(wú)DMA請(qǐng)求時(shí)，仍只能分一半時(shí)間給CPU。圖9-23(b)存儲(chǔ)器分時(shí)法CPU控制并使用主存DMA控制并使用主存主存工作時(shí)間t⑶周期挪用法動(dòng)態(tài)處理的方法。當(dāng)外設(shè)沒(méi)有DMA請(qǐng)求時(shí)，CPU按程序要求訪問(wèn)主存；一旦外設(shè)有DMA請(qǐng)求并獲得CPU批準(zhǔn)后，CPU讓出一個(gè)周期的總線控制權(quán)，由DMA控制器控制系統(tǒng)總線，挪用一個(gè)存取周期進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳送；然后，DMA控制器將總線控制權(quán)交回。重復(fù)上述過(guò)程，直至數(shù)據(jù)塊傳送完畢。高速主機(jī)系統(tǒng)常使用這種方法圖9-23(c)周期挪用法周期挪用法⑴DMA預(yù)處理在DMA傳送之前先要由CPU進(jìn)行初始化（執(zhí)行幾條I/O指令測(cè)試外設(shè)的狀態(tài)、向DMA控制器的有關(guān)寄存器置初值、設(shè)置傳送方向、啟動(dòng)該外部設(shè)備等）。之后，CPU繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)的程序，在外設(shè)準(zhǔn)備好發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)時(shí)，外設(shè)向DMA控制器發(fā)DMA請(qǐng)求，再由DMA控制器向CPU發(fā)總線請(qǐng)求。⑵數(shù)據(jù)傳送若以數(shù)據(jù)塊為單位的傳送，過(guò)程見(jiàn)圖9-24.2.DMA傳送過(guò)程圖9-24DMA的數(shù)據(jù)傳送過(guò)程

DMA控制器在數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中完成的工作⑶DMA后處理

當(dāng)傳送長(zhǎng)度計(jì)數(shù)器計(jì)到0時(shí)，DMA操作結(jié)束，DMA控制器向CPU發(fā)中斷請(qǐng)求，CPU停止原來(lái)程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序做DMA結(jié)束處理工作。

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)。9.5通道控制方式1.通道控制方式與DMA方式的區(qū)別⑴DMA控制器是通過(guò)專門設(shè)計(jì)的硬件控制邏輯來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)傳送的控制；而通道則是一個(gè)具有特殊功能的處理器，它具有自己的指令和程序，通過(guò)執(zhí)行通道程序來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)傳送的控制，故通道具有更強(qiáng)的獨(dú)立處理數(shù)據(jù)輸入輸出的功能。

⑵DMA控制器通常只能控制一臺(tái)或少數(shù)幾臺(tái)同類設(shè)備；而一個(gè)通道則可以同時(shí)控制許多臺(tái)同類或不同類的設(shè)備。9.5.1通道的基本概念⑴接受CPU的I/O指令，按指令要求與指定的外設(shè)進(jìn)