计算机组成原理第五章

1、 I/O设备的数量和种类多，设备的数量和种类多， 与主机的联络方式与主机的联络方式及信息交换方式也各不相同。及信息交换方式也各不相同。 I/O系统涉及各种系统涉及各种I/O设备如何与主机交换信息。设备如何与主机交换信息。 重点分析重点分析 I/O设备与主机交换信息的三种控制设备与主机交换信息的三种控制方式：方式： 程序控制方式、程序控制方式、 中断方式和中断方式和 DMA方式方式一、输入输出系统的发展概况一、输入输出系统的发展概况1、早期阶段，分散连接、早期阶段，分散连接I/O设备通过设备通过CPU与主存交换信息；与主存交换信息；I/O设备与设备与CPU串串行工作，行工作， CPU得不时停止各

2、种运算；增、得不时停止各种运算；增、减、减、 更换更换I/O设备困难，设备困难， I/O设备的控制逻辑与设备的控制逻辑与CPU的控制器的控制器紧密连接，紧密连接， 彼此依赖。彼此依赖。2.接口模块和接口模块和DMA阶段阶段I/O设备通过设备通过接口接口与主机连接，与主机连接，I/O设备与设备与CPU可可“并行并行”工作。工作。3.具有通道结构的阶段具有通道结构的阶段 I/O设备通过设备通过通道通道与主机交换信息；与主机交换信息； 通道是一个具有高性能的处理器，负责管理通道是一个具有高性能的处理器，负责管理I/O设备以及设备以及实现主存与实现主存与 I/O设备之间交换信息，设备之间交换信息， 有

3、专用的通道指令。有专用的通道指令。 I/O设备与主机交换信息时，设备与主机交换信息时， CPU不直接参与管理。不直接参与管理。4.具有具有 I/O处理机的阶段处理机的阶段 I/O处理机也称为外围处理机处理机也称为外围处理机 ， 基本基本独立于独立于主机主机工作既可完成工作既可完成I/O通道要完成的通道要完成的 I/O控制，控制， 又可完成又可完成码制变换、码制变换、 格式处理、数据块检错、格式处理、数据块检错、 纠错等操作输入纠错等操作输入输出系统与输出系统与CPU工作的并行性更高。工作的并行性更高。因此不设置专门的因此不设置专门的I/O指令指令ReadyStrobeReadyStrobe （

4、 1、程序查询式流程图：、程序查询式流程图：超时超时?READY?READY?与外设进与外设进行数据交换行数据交换超时错超时错CPU读外设状态读外设状态YNYN传送完？传送完？NY2、程序中断方式、程序中断方式 CPU响应中断后，进入中断处理将程序引导至“中断服务程序”入口。在“中断服务程序”中一般都要保护现场、恢复现场.3、DMA方式工作过程示意图：方式工作过程示意图：DMAC外设外设接口接口CPUDRQMEMDACKHOLDHLDABUS控制信号控制信号DMA方式流程图外围设备通过外围设备通过DMAC向向CPU申请申请DMA请求请求CPU响应响应DMA请求请求交出总线控制权交出总线控制权从

5、源地址中读取数据从源地址中读取数据将数据写到目标地址将数据写到目标地址DMA结束结束数据传送结束否？数据传送结束否？修修改改地地址址指指针针NYDMA控制方式的工作过程z 外设向DMA控制器发出“DMA传送请求”信号DRQ；z DMA控制器收到请求后，向CPU发出“总线请求”信号HOLD；z CPU在完成当前总线周期后会立即发出HLDA 信号，对HOLD信号进行响应，交出总线控制权；z DMA控制器收到HLDA信号后，就开始控制总线，并向外设发出DMA响应信号DACK4、专用、专用I/O通道控制方式通道控制方式z 具有自己的指令系统z 专门负责外部设备的控制CPU存储器存储器BUSI/O接口接

6、口外设外设I/O接口接口外设外设5.25.2 外部设备（略）外部设备（略）5.3 I/O5.3 I/O接口接口定义：定义：逻辑电路功能：功能：4、通过、通过接收与传达接收与传达控制命令实现控制命令实现CPU对对I/O接口的接口的控制控制；5、通过、通过保存与传送保存与传送I/O状态实现状态实现CPU对对I/O的的查询查询；6、通过、通过设备选择电路设备选择电路向向CPU提供提供I/O寻址寻址功能（统功能（统一、独立编址）。一、独立编址）。二、接口的类型：二、接口的类型： 1. 按数据传送方式分：按数据传送方式分： 并行并行接口接口支持并行传送方式；支持并行传送方式； 串行串行接口接口支持串行传

7、送方式。支持串行传送方式。 2. 按智能化程度分：按智能化程度分： 可编程可编程接口接口可用程序设置功能参数；可用程序设置功能参数； 不可编程不可编程接口接口功能由硬件设置和实现；功能由硬件设置和实现；CPU：I/O接口中的寄存器接口中的寄存器程序查询方式的特点程序查询方式的特点1、 硬件简单，成本低；硬件简单，成本低；2、 CPU与外设串行工作，效率低；与外设串行工作，效率低；3 、以字或字节为传输单位，适于中低、以字或字节为传输单位，适于中低速设备；速设备；2. 中断排队器：中断排队器： PCPCPSW：程序状态字程序状态字保护方式保护方式 1. 保护现场：保护现场：（如如RET）多重中断多重中断中断方式的特点：中断方式的特点：1 硬件比程序查询方式复杂，但比硬件比程序查询方式复杂，但比DMA简单简单2 在执行中断程序前，在执行中断程序前，CPU与与I/O并行工作，提高了并行工作，提高了CPU效率。效率。 执行执行I/O中断服务程序时，串行工作，每次响应中中断服务程序