组成原理课程第九章(2011版)

1、第九章第九章 输入输出系统输入输出系统计算机组成原理计算机组成原理本章知识点本章知识点9.1 9.1 接口的概念接口的概念9.2 9.2 常见输入常见输入/ /输出方式概述输出方式概述9.3 9.3 程序中断控制方式程序中断控制方式9.4 DMA9.4 DMA方式方式9.5 9.5 输入输入/ /输出综合应用举例输出综合应用举例计算机组成原理计算机组成原理9.1 9.1 接口的概念接口的概念 接口是两个不同部件或系统之间的连接部分，可以是两个硬设备之间接口是两个不同部件或系统之间的连接部分，可以是两个硬设备之间的连接，也可以是软件系统中两个独立程序块之间的连接。的连接，也可以是软件系统中两个独

2、立程序块之间的连接。 本章指主机与外设的接口，即主机通过接口连接本章指主机与外设的接口，即主机通过接口连接I/OI/O设备，为实现主设备，为实现主机与外设的连接和信息的交换机与外设的连接和信息的交换1.1.接口的定义接口的定义计算机组成原理计算机组成原理2.I/O2.I/O接口的功能接口的功能 1)1)寻址功能寻址功能 接收来自总线的寻址信息接收来自总线的寻址信息, ,经过译码电路，选择相应的设备经过译码电路，选择相应的设备; ;2)2)数据输入数据输入/ /输出功能输出功能, ,接口最基本的功能接口最基本的功能; ;3)3)匹配主机与外设的速度差距匹配主机与外设的速度差距 高速主机与低速外设

3、之间的速度差异高速主机与低速外设之间的速度差异; ;4)4)实现数据格式转换或逻辑电平转换实现数据格式转换或逻辑电平转换 不同类型的外设使用的信号电平与总线使用的信号电平也有可能不同类型的外设使用的信号电平与总线使用的信号电平也有可能不同，在信息交换的过程中必须进行电平转换。不同，在信息交换的过程中必须进行电平转换。5)5)传送主机命令传送主机命令 识别主机传送来的命令识别主机传送来的命令( (启启/ /停、读停、读/ /写等写等) )，并将命令传送到设备，并将命令传送到设备; ;6)6)反映设备的工作状态反映设备的工作状态 接口随时采集并保存设备的工作状况接口随时采集并保存设备的工作状况(

4、(工作状态、停机状态、故障、工作状态、停机状态、故障、中断请求等中断请求等) )，以备主机查询。，以备主机查询。计算机组成原理计算机组成原理3. I/O3. I/O接口的结构接口的结构 (1)(1)数据缓冲寄存器数据缓冲寄存器(DBR)(DBR)：缓冲数据，匹配主机与外设之间的速度差异。：缓冲数据，匹配主机与外设之间的速度差异。(2)(2)设备地址译码器：识别主机是否与其通讯。设备地址译码器：识别主机是否与其通讯。(3)(3)设备状态字寄存器设备状态字寄存器(DSR)(DSR)和主机命令寄存逻辑：反馈设备状态，识别和主机命令寄存逻辑：反馈设备状态，识别主机命令。主机命令。(4)(4)数据格式转

5、换线路：进行串并或并串传送的转换。数据格式转换线路：进行串并或并串传送的转换。接口的具体组织，根据各设备和信息交换的控制方式的不同，可能较简接口的具体组织，根据各设备和信息交换的控制方式的不同，可能较简单，也可能较复杂。单，也可能较复杂。计算机组成原理计算机组成原理4.4.接口分类接口分类1)1)按数据传送方式按数据传送方式: :并行接口和串行接口并行接口和串行接口 2)2)按接口的灵活性按接口的灵活性: : 编程接口和不可编程接口编程接口和不可编程接口 3)3)按通用性按通用性: :通用接口和专用接口通用接口和专用接口 4)4)按访问外设的方式按访问外设的方式: :直接传送方式接口、程序查询

6、方式接口、程序中断方式接口、直接传送方式接口、程序查询方式接口、程序中断方式接口、DMADMA接接口及通道处理机接口等口及通道处理机接口等 5)5)按总线传输的通信方式按总线传输的通信方式: :可分为同步接口和异步接口可分为同步接口和异步接口 计算机组成原理计算机组成原理1.1.无条件传送方式无条件传送方式 在在程序的适当位置直接安排程序的适当位置直接安排IN/OUTIN/OUT指令，当程序执行到这些输入指令，当程序执行到这些输入/ /输出输出指令时，指令时，CPUCPU默认外设始终是准备就绪的（默认外设始终是准备就绪的（/ /端口总是准备好接收端口总是准备好接收CPUCPU的输出数据，或总是

7、准备好向的输出数据，或总是准备好向CPUCPU输入数据），无需检查端口的状态，输入数据），无需检查端口的状态，就进行数据的传输。就进行数据的传输。 硬件接口电路和软件控制程序都比较简单。输入时，必须确保硬件接口电路和软件控制程序都比较简单。输入时，必须确保CPUCPU执行执行ININ指令读取数据时，外设已将数据准备好；输出时，指令读取数据时，外设已将数据准备好；输出时，CPUCPU执行执行OUTOUT指令，指令，必须确保外部设备的数据锁存器为空，即外设已将上次的数据取走，等必须确保外部设备的数据锁存器为空，即外设已将上次的数据取走，等待接收新的数据，否则会导致数据传送出错，但一般的外设难以满足

8、这待接收新的数据，否则会导致数据传送出错，但一般的外设难以满足这种要求。种要求。9.2 9.2 常见输入常见输入/ /输出方式概述输出方式概述计算机组成原理计算机组成原理一种早期计算机采用的输入一种早期计算机采用的输入/ /输出方输出方式式数据在计算机和外围设备之间的传送数据在计算机和外围设备之间的传送全部靠全部靠计算机程序计算机程序 控制控制 。计算机执行输入计算机执行输入/ /输出指令时，先获输出指令时，先获取外设状态，并根据外设取外设状态，并根据外设的状态决定下一步操作的状态决定下一步操作优点：计算机和外围设备之间能够同优点：计算机和外围设备之间能够同步，控制简单，硬件简单步，控制简单，

9、硬件简单缺点：缺点：CPUCPU的大量时间用来查询外设的大量时间用来查询外设的状态的状态2.2.程序查询方式程序查询方式计算机组成原理计算机组成原理 当外设准备好后，主动通知当外设准备好后，主动通知CPUCPU并进行接收或输出数据的方法并进行接收或输出数据的方法 CPUCPU接到外设的通知后暂停现行的工作，转入中断服务程序，接到外设的通知后暂停现行的工作，转入中断服务程序，和外设交换和外设交换数据数据，等中断程序处理完毕后，再返回到被中断的原，等中断程序处理完毕后，再返回到被中断的原程序中继续以前被暂停的工作程序中继续以前被暂停的工作 优点：节约优点：节约CPUCPU时间，实时性好。时间，实时

10、性好。 缺点：控制电路相对复杂，服务开销较大缺点：控制电路相对复杂，服务开销较大( (现场和断点的保护现场和断点的保护) )。 应用场合：实时性要求很高，且数据传输量又不大的场合。应用场合：实时性要求很高，且数据传输量又不大的场合。3.3.程序中断方式程序中断方式计算机组成原理计算机组成原理 是一种是一种完全由硬件执行完全由硬件执行的的I/0I/0交换方式，当外设准备好后交换方式，当外设准备好后, ,通通知知DMADMA控制器，控制器，DMADMA控制器从控制器从CPUCPU接管总线，并完成外设和内接管总线，并完成外设和内存之间的存之间的大量数据传输大量数据传输，传输完成后，传输完成后DMAD

11、MA控制器将总线控制权控制器将总线控制权交还给交还给CPUCPU，整个数据交换的过程不需要整个数据交换的过程不需要CPUCPU参与。参与。优点：既有中断的优点，同时又降低了服务开销优点：既有中断的优点，同时又降低了服务开销缺点：控制电路更加复杂。缺点：控制电路更加复杂。应用场合：高速、大批量数据传输应用场合：高速、大批量数据传输4.DMA(4.DMA(直接内存访问直接内存访问) )方式方式计算机组成原理计算机组成原理5. 5. 通道和外围处理机方式通道和外围处理机方式 通道是专门执行通道是专门执行I/OI/O的的处理机处理机(IOP),(IOP),它可以实现对外围设备它可以实现对外围设备的统一

12、管理和的统一管理和外设外设与与主存主存之间的数据传输。之间的数据传输。 外围处理机外围处理机(PPU)(PPU)是通道方式的进一步发展是通道方式的进一步发展. .它的结构更接近它的结构更接近 于一般处理机。于一般处理机。6.6.外围设备信息交换方式总结外围设备信息交换方式总结I/O控制方式控制方式主要由程序完成主要由程序完成主要由硬件完成主要由硬件完成程序程序查询查询程序程序中断中断DMA通道通道PPU无条件传送无条件传送计算机组成原理计算机组成原理9.3 9.3 程序中断控制方式程序中断控制方式 计算机系统运行时，若系统外部、内部或现行程序本身出现某种计算机系统运行时，若系统外部、内部或现行

13、程序本身出现某种非预非预期的事件期的事件，CPUCPU将暂时停下现行程序，转向为该事件服务，待事件处将暂时停下现行程序，转向为该事件服务，待事件处理完毕，再恢复执行原来被终止的程序，这个过程称为中断。理完毕，再恢复执行原来被终止的程序，这个过程称为中断。1.1.中断的概念中断的概念 产生非预期事件的原因很多，如除数为零、运算结果溢出、堆栈溢产生非预期事件的原因很多，如除数为零、运算结果溢出、堆栈溢出、程序中设置断点、打印机缺纸、校验错、计时值到、地址越界、出、程序中设置断点、打印机缺纸、校验错、计时值到、地址越界、虚拟存储器访问缺页等。虚拟存储器访问缺页等。 中中断技术把断技术把有序有序的程序

14、运行和的程序运行和无序无序的中断事件统一起来，大大增强了的中断事件统一起来，大大增强了系统的处理能力和灵活性。系统的处理能力和灵活性。计算机组成原理计算机组成原理2 2、中断的作用、中断的作用实现主机与外设之间的并行工作实现主机与外设之间的并行工作故障处理：故障处理：出现故障的时，调用相应的中断服务程序处理故障。出现故障的时，调用相应的中断服务程序处理故障。实时处理：实时处理：处理实时出现的请求；处理实时出现的请求；程序调试：程序调试：在程序中适当位置设置断点，便于调试程序；在程序中适当位置设置断点，便于调试程序；实现人机交互：实现人机交互：如键盘、鼠标等都是通过中断方式实现人机对话如键盘、鼠

15、标等都是通过中断方式实现人机对话 计算机组成原理计算机组成原理3 3、中断的类型、中断的类型内中断：来自于内中断：来自于CPUCPU内部的指中断请求，分为指令中断和异常。内部的指中断请求，分为指令中断和异常。外中断：中断请求来自外中断：中断请求来自CPUCPU外部，分为可屏蔽和不可屏蔽中断。外部，分为可屏蔽和不可屏蔽中断。1)自愿中断是出于对计算机系统管理的需要而设置的。如用户调试软件、自愿中断是出于对计算机系统管理的需要而设置的。如用户调试软件、检查程序、调用外部设备、进入管态等。检查程序、调用外部设备、进入管态等。 2)2)异常异常发生在处理器执行一条指令时，检测到一个出错条件时发生，处理

16、器可以发生在处理器执行一条指令时，检测到一个出错条件时发生，处理器可以检测到各种出错条件，包括违反保护机制、页错误以及机器内部错误。检测到各种出错条件，包括违反保护机制、页错误以及机器内部错误。计算机组成原理计算机组成原理3)3)异常分类异常分类 FaultFault是一种可被纠正的异常。当是一种可被纠正的异常。当FaultFault出现后，出现后，处理器会把机器状态恢处理器会把机器状态恢复到产生复到产生FaultFault的指令之前的状态。的指令之前的状态。此时异常处理程序的返回地址指向产此时异常处理程序的返回地址指向产生生FaultFault的指令，而不是其后面一条指令。因此在返回后产生的

17、指令，而不是其后面一条指令。因此在返回后产生FaultFault的指令的指令将被重新执行。如虚拟存储器中的将被重新执行。如虚拟存储器中的缺页缺页异常。异常。计算机组成原理计算机组成原理 TrapTrap：引起陷阱的指令被执行后立刻报告状态的异常。：引起陷阱的指令被执行后立刻报告状态的异常。TrapTrap也能让也能让程序或任务连贯地执行。程序或任务连贯地执行。TrapTrap处理程序的返回地址指向引起陷阱指令的处理程序的返回地址指向引起陷阱指令的随后一条指令，因此返回后会执行下一条指令。随后一条指令，因此返回后会执行下一条指令。 AbortAbort：一种不会总报告导致异常指令精确位置的异常，

18、并且不允许：一种不会总报告导致异常指令精确位置的异常，并且不允许导致异常的程序重新继续执行。导致异常的程序重新继续执行。AbortAbort用于报告严重错误，例如硬件错用于报告严重错误，例如硬件错误以及系统表中存在不一致性或非法值。误以及系统表中存在不一致性或非法值。计算机组成原理计算机组成原理4 4、中断优先级和中断屏蔽、中断优先级和中断屏蔽中断优先级是指中断优先级是指CPUCPU响应并处理中断请求的先后次序响应并处理中断请求的先后次序当多个设备同时发中断请求时，当多个设备同时发中断请求时，CPUCPU优先响应高优先级设备的中断请求。优先响应高优先级设备的中断请求。当当CPUCPU正在处理某

19、个中断请求时，如果有更高优先级的中断请求，则高正在处理某个中断请求时，如果有更高优先级的中断请求，则高级中断可以中断正在被服务的低级中断。级中断可以中断正在被服务的低级中断。中断屏蔽是中断屏蔽是CPUCPU通过通过对接口中对接口中的中断屏蔽寄存器中某些位置的中断屏蔽寄存器中某些位置1 1，来屏蔽，来屏蔽相关外设向相关外设向CPUCPU发出的中断请求，从而可以改变中断处理次序。发出的中断请求，从而可以改变中断处理次序。计算机组成原理计算机组成原理5.5.单级中断与多重中断单级中断与多重中断 根据对中断处理的策略不同，可将中断分为单级中断和多重中断根据对中断处理的策略不同，可将中断分为单级中断和多

20、重中断 单级中断也可有多个中断源，多个中断之间不能嵌套单级中断也可有多个中断源，多个中断之间不能嵌套; ; 中断嵌套包括两种方式，一种是高级中断中断低级中断，这是最基中断嵌套包括两种方式，一种是高级中断中断低级中断，这是最基本的中断嵌套方式；另一种是低级中断中断高级中断，这属于比较特本的中断嵌套方式；另一种是低级中断中断高级中断，这属于比较特殊的嵌套，需要借助中断屏蔽来实现殊的嵌套，需要借助中断屏蔽来实现计算机组成原理计算机组成原理1) 1) 中断的响应条件中断的响应条件中断响应需要满足一定的条件中断响应需要满足一定的条件, ,这些条件包括：这些条件包括：(1)(1)中断允许触发器处于允许状态

21、，即执行过开中断指令；中断允许触发器处于允许状态，即执行过开中断指令；(2)(2)对应的中断未被屏蔽；对应的中断未被屏蔽；(3)CPU(3)CPU已执行到一条指令的最后一个状态周期；已执行到一条指令的最后一个状态周期；(4)(4)如果如果CPUCPU正在执行中断服务程序正在执行中断服务程序, ,则要求新的中断请求符合中则要求新的中断请求符合中断嵌套的条件；断嵌套的条件；(5)(5)无无DMADMA请求，因为请求，因为DMADMA请求的优先级比中断的优先级高。请求的优先级比中断的优先级高。6.6.中断响应中断响应计算机组成原理计算机组成原理2)2)中断源识别与及获得中断服务程序入口地址的方法中断

22、源识别与及获得中断服务程序入口地址的方法 (1)(1)向量中断法向量中断法 中断向量：通常将中断服务程序的入口地址和程序状态字中断向量：通常将中断服务程序的入口地址和程序状态字( (有的机有的机器不包含此项器不包含此项) )称为中断向量。称为中断向量。 中断向量表中断向量表: :中断向量的集合中断向量的集合 向量地址向量地址: :访问中断向量表中一个表项的地址码访问中断向量表中一个表项的地址码, ,也称为中断指针。也称为中断指针。 中断类型号中断类型号: :中断源提供的识别中断类型的编码中断源提供的识别中断类型的编码,CPU,CPU可根据该编码可根据该编码计算得到向量地址。计算得到向量地址。计

23、算机组成原理计算机组成原理(2)(2)非向量中断法非向量中断法非向量中断法的中断响应方式为：非向量中断法的中断响应方式为：CPUCPU在响应中断请求时，只产生一个在响应中断请求时，只产生一个固定的地址，该地址是中断查询程序的入口地址，通过执行该查询程固定的地址，该地址是中断查询程序的入口地址，通过执行该查询程序来确定中断服务程序的入口地址，然后执行响应的中断服务程序。序来确定中断服务程序的入口地址，然后执行响应的中断服务程序。3)3)中断源识别方法中断源识别方法主要有程序查询、硬件查询和独立请求三种中断源识别的方法主要有程序查询、硬件查询和独立请求三种中断源识别的方法 计算机组成原理计算机组成

24、原理4)4)中断处理的过程中断处理的过程(1)(1)单级中断响应的过程单级中断响应的过程 主主程程序序指指令令 关关中中断断及及中中断断响响应应 中中断断识识别别 保保护护现现场场 中中断断服服务务 恢恢复复现现场场 中中断断返返回回 是是否否有有中中断断请请求求 主主程程序序指指令令 Y N 中中断断处处理理 开开中中断断 关中断及中断响应关中断及中断响应包括关中断，并将断包括关中断，并将断点和点和PSWPSW入栈保存。入栈保存。 关中断关中断CPUCPU内的中断允许触发内的中断允许触发器自动关闭，其目的器自动关闭，其目的是在替换新老屏蔽字是在替换新老屏蔽字和保护现场操作时禁和保护现场操作时

25、禁止一切中断，以免引止一切中断，以免引起起CPUCPU现场混乱现场混乱 计算机组成原理计算机组成原理判断是哪个设备发判断是哪个设备发出了中断请求出了中断请求, ,并找并找到相应的中断服务到相应的中断服务程序在主存中的入程序在主存中的入口地址口地址; ; 有多种实现中断源有多种实现中断源识别的方法识别的方法. . 主主程程序序指指令令 关关中中断断及及中中断断响响应应 中中断断识识别别 保保护护现现场场 中中断断服服务务 恢恢复复现现场场 中中断断返返回回 是是否否有有中中断断请请求求 主主程程序序指指令令 Y N 中中断断处处理理 开开中中断断 计算机组成原理计算机组成原理使用使用PUSHPU

26、SH指令将指令将中断服务子程序中中断服务子程序中用到的通用寄存器用到的通用寄存器的值入栈保存的值入栈保存. . 主主程程序序指指令令 关关中中断断及及中中断断响响应应 中中断断识识别别 保保护护现现场场 中中断断服服务务 恢恢复复现现场场 中中断断返返回回 是是否否有有中中断断请请求求 主主程程序序指指令令 Y N 中中断断处处理理 开开中中断断 计算机组成原理计算机组成原理执行中断服务子程序执行中断服务子程序 主主程程序序指指令令 关关中中断断及及中中断断响响应应 中中断断识识别别 保保护护现现场场 中中断断服服务务 恢恢复复现现场场 中中断断返返回回 是是否否有有中中断断请请求求 主主程程

27、序序指指令令 Y N 中中断断处处理理 开开中中断断 计算机组成原理计算机组成原理使用使用POPPOP指令将堆栈保指令将堆栈保存的通用寄存器的值恢存的通用寄存器的值恢复到原寄存器中复到原寄存器中. . 主主 程程 序序 指指 令令 关关 中中 断断 及及 中中 断断 响响 应应 中中 断断 识识 别别 保保 护护 现现 场场 中中 断断 服服 务务 恢恢 复复 现现 场场 中中 断断 返返 回回 是是 否否 有有 中中 断断 请请 求求 主主 程程 序序 指指 令令 Y N 中中 断断 处处 理理 开开 中中 断断 计算机组成原理计算机组成原理开放中断屏蔽位开放中断屏蔽位, ,可以响可以响应新

28、的中断请求应新的中断请求 主主 程程 序序 指指 令令 关关 中中 断断 及及 中中 断断 响响 应应 中中 断断 识识 别别 保保 护护 现现 场场 中中 断断 服服 务务 恢恢 复复 现现 场场 中中 断断 返返 回回 是是 否否 有有 中中 断断 请请 求求 主主 程程 序序 指指 令令 Y N 中中 断断 处处 理理 开开 中中 断断 计算机组成原理计算机组成原理使用中断返回指令恢复使用中断返回指令恢复PCPC和和PSWPSW 主主程程 序序 指指令令 关关中中 断断 及及中中 断断响响 应应 中中断断 识识 别别 保保护护 现现 场场 中中断断 服服 务务 恢恢复复 现现 场场 中中

29、断断 返返 回回 是是否否 有有 中中断断 请请求求 主主程程 序序 指指令令 Y N 中中断断 处处 理理 开开中中 断断 计算机组成原理计算机组成原理(2)(2)多级中断响应的过程多级中断响应的过程计算机组成原理计算机组成原理(3)(3)中断隐指令及其作用中断隐指令及其作用 中断隐指令是在机器指令系中断隐指令是在机器指令系统中没有的指令统中没有的指令 是是CPUCPU在中断周期内由硬件在中断周期内由硬件自动完成的一条指令自动完成的一条指令 其功能包括保护程序断点其功能包括保护程序断点, ,寻找中断服务程序的入口地寻找中断服务程序的入口地址址, ,关中断等关中断等. . 主主程程序序指指令令

30、 中中断断响响应应 中中断断识识别别 保保护护现现场场 中中断断服服务务 恢恢复复现现场场 中中断断返返回回 是是否否有有中中断断请请求求 主主程程序序指指令令 Y N 中中断断处处理理 计算机组成原理计算机组成原理例例9.1 9.1 某计算机系统有四级中断源某计算机系统有四级中断源, ,经过排队电路后四级中断响应优先经过排队电路后四级中断响应优先级从低到高的次序依次为级从低到高的次序依次为4 43 32 21 1。请分别根据表。请分别根据表9.19.1和表和表9.29.2给出给出的屏蔽码画出当四级中断请求同时到达时中断处理过程示意图的屏蔽码画出当四级中断请求同时到达时中断处理过程示意图, ,

31、并判断并判断中断响应优先级与中断处理优先级之间的关系中断响应优先级与中断处理优先级之间的关系. .计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理计算机组成原理9.49.4 DMADMA方式方式1 1、DMADMA方式的工作原理方式的工作原理 是一种直接由硬件执行是一种直接由硬件执行I/0I/0交换的工作方式，在这种方式中交换的工作方式，在这种方式中DMADMA控制器控制器从从CPUCPU接管对总线的控制权，数据交换不经过接管对总线的控制权，数据交换不经过CPUCPU，直接在内存与外围设直接在内存与外围设备之间进行。数据交换过程中内存地址的改变、控制信号、已经传送字备之间进行。数据交换过程中内存地址

32、的改变、控制信号、已经传送字节计数等均由节计数等均由DMADMA控制器完成，当数据传送完毕后控制器完成，当数据传送完毕后( (一批一批) )，通过，通过中断中断方方式向式向CPUCPU发控制信息，通知发控制信息，通知CPUCPU接管总线。接管总线。2 2、DMADMA方式的主要特点：方式的主要特点： 高速：由硬件执行、高速：由硬件执行、CPUCPU不参与、不保护现场和断点；不参与、不保护现场和断点； 大大提高了大大提高了CPUCPU的效率、提高了计算机系统的效率；的效率、提高了计算机系统的效率； 控制复杂，接近于控制复杂，接近于CPUCPU的复杂程度。的复杂程度。计算机组成原理计算机组成原理3

33、 3、DMADMA的基本操作的基本操作 外设发外设发DMADMA请求，请求，DMADMA控制器向控制器向CPUCPU发接管总线请求；发接管总线请求； CPUCPU响应请求，响应请求，DMADMA控制器从控制器从CPUCPU接管接管系统总线系统总线； 由由DMADMA控制器对内存寻址，并进行数据的传送；控制器对内存寻址，并进行数据的传送； 向向CPUCPU报告报告DMADMA操作的完成，操作的完成，CPUCPU接管总线；接管总线；4 4、DMADMA的工作方式的工作方式 问题提出：问题提出：在在DMADMA方式下，方式下，CPUCPU和和DMADMA控制器并行工作，可能同时访问主存，因此要控制器

34、并行工作，可能同时访问主存，因此要解决解决DMADMA控制器和控制器和CPUCPU对内存的争用问题，对内存的争用问题，计算机组成原理计算机组成原理a)a)停止停止CPUCPU访问内存方式访问内存方式在在DMADMA期间，期间，CPUCPU不能访问内存，因此不能访问内存，因此CPUCPU基本处于停止状态基本处于停止状态停止停止CPUCPU访问内存方式的特点：访问内存方式的特点：优点：控制简单优点：控制简单缺点：影响缺点：影响CPUCPU的工作效率的工作效率 应用场合：数据传输率很高的成组应用场合：数据传输率很高的成组DMADMA传送传送计算机组成原理计算机组成原理b)b)周期挪用周期挪用当当DM

35、ADMA要访问主存时，要访问主存时，CPUCPU暂时停顿一个暂时停顿一个存储周期存储周期。一个数据通过。一个数据通过DMADMA传送传送完毕后，完毕后，CPUCPU立即继续执行。立即继续执行。当当DMADMA期间期间CPUCPU不访问主存时，不访问主存时，DMADMA操作对操作对CPUCPU操作没有影响；操作没有影响；当当DMADMA与与CPUCPU出现访存冲突时，出现访存冲突时，DMADMA优先优先；优点：既实现了优点：既实现了I/OI/O又较好地发挥了内存和又较好地发挥了内存和CPUCPU的效率；的效率；应用场合：被广泛应用。应用场合：被广泛应用。计算机组成原理计算机组成原理c) DMAc

36、) DMA与与CPUCPU交替使用内存交替使用内存将将CPUCPU周期分为两部分，一部分用于周期分为两部分，一部分用于CPUCPU访问内存，另一部分用于访问内存，另一部分用于MDAMDA没有总线使用权的申请和移交，效率高没有总线使用权的申请和移交，效率高缺点：控制器复杂缺点：控制器复杂 ，当，当DMADMA传输数据的量不大，且速率慢时，传输数据的量不大，且速率慢时，系统的效率较低系统的效率较低计算机组成原理计算机组成原理5 5、DMADMA控制器的流程控制器的流程DMADMA数据传送过程分为三个阶段：数据传送过程分为三个阶段：预处理阶段预处理阶段由由CPUCPU执行初始化程序，完成对外设的测试

37、，送执行初始化程序，完成对外设的测试，送DMADMA设备地址并启动设备、设备地址并启动设备、设置内存地址计数器和字计数器设置内存地址计数器和字计数器数据传送阶段数据传送阶段 D M A 请请 求求 D M A 响响 应应 发发 送送 内内 存存 地地 址址 内内 存存 地地 址址 加加1 传传 送送 一一 个个 数数 据据 N 结结 束束 ？ DMADMA操作结束操作结束计算机组成原理计算机组成原理传送后处理传送后处理当当DMADMA的中断请求被的中断请求被CPUCPU响应后，响应后，CPUCPU调用相应的中断服务子程序，完成调用相应的中断服务子程序，完成下列工作：下列工作： a)a)检验通过

38、检验通过DMADMA方式送入内存的数据是否正确；方式送入内存的数据是否正确； b)b)决定继续使用决定继续使用DMADMA方式传递数据还是结束传送；方式传递数据还是结束传送； c)c)测试数据在传送过程中是否发生错误。测试数据在传送过程中是否发生错误。计算机组成原理计算机组成原理例例9.2 9.2 某程序查询方式输入输出系统，每一个查询操作需要某程序查询方式输入输出系统，每一个查询操作需要100100个时钟周期，个时钟周期，CPUCPU的时钟频率为的时钟频率为50MHZ50MHZ。现有鼠标和硬盘两个外设，。现有鼠标和硬盘两个外设，CPUCPU必须每秒对鼠标进行必须每秒对鼠标进行3030次操作，假定硬盘以次操作，假定硬盘以3232位字长为单位传输数据，即每位字长为单位传输数据，即每3232位被位被CPUCPU查询一查询一次次,CPU,CPU访问硬盘的速率为访问硬盘的速率为2MB/s.2MB/s.求求CPUCPU对这两个设备查询所花费的时间比率，对这两个设备查询所花费的时间比率，由此可得到什么结论？由此可得到什么结论？解解: (1)CPU: (1)CPU每秒钟