总线中断与输入输出系统课件.ppt

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1、第3章总线、中断与输入输出系统3.1输入输出系统的基本概念3.2总线设计3.3中断系统3.4通道处理机•本章重点：非专用总线的总线控制方式；数据宽度及其分类；中断为什么要分类和分级；中断处理次序的安排和实现；通道流量的分析和设计。•本章难点：如何按中断处理优先次序的要求，设置各中断处理程序中中断级屏蔽位的状态，正确画出中断处理过程的示意图；通道的流量设计；画出字节多路通道响应和处理完外部设备请求的时空图。3.1输入输出系统的基本概念1.输入输出系统包括内容:I/O设备、设备控制器及与I/O操作有关的软硬件等。2.I/O系统的发展：1)早期及目前低性能单用户计算机

2、的I/O操作由程序员直接安排。主要解决CPU、主存和I/O设备之间的速度差距。2)现在改由用户向系统发出I/O请求，经OS来分配调度设备并进行具体的I/O处理。主要解决面向OS在OS与I/O系统间进行合理的软、硬件功能分配。3.I/O系统的功能1)功能:对指定的外设进行输入、输出操作，同时完成其它的管理和控制。2)包括：a)对指定外设的信息编址，连接好主存与指定外设的信息通路。b)完成指定外设编址区和OS指定的主存空间之间的信息传送。•输入：外设编址区信息主存•输出：主存信息外设编址区c)对传送信息的格式变换，产生有关I/O操作是否完成或出错的状态信息，经由中断

3、系统交给OS分析处理。3)实现：a)部分由I/O指令、I/O设备及其控制器完成b)部分由OS完成4.I/O系统的三种方式1)程序控制I/Oa)全软的b)程序查询状态驱动的—键盘c)中断驱动的—中断控制器8259A2)直接存贮器访问(DMA)3)I/O处理机a)通道方式(Channel)有自己的指令和程序，功能简单，使用面窄。b)外围处理机方式(PPU)独立性、通用性和功能较强。3.2总线设计I/O系统的总线既要能传送数据信息、地址信息、控制信息，还要传送状态信息，并使多台外设与CPU或主存交叉地经这些总线传送信息。所以其设计的好坏，对I/O系统的性能影响较大。3

4、.2.1总线的类型1.按信息传送方向分1)单向传输2)双向传输a)半双向:在同一时刻，信息只能向其中的一个方向传送。b)全双向：在同一时刻，允许信息在两个方向传送。全双向速度快，但是造价高，结构复杂。2.按用法分1)专用总线a)定义：只连接一对物理部件的总线。b)优点：•多个部件可以同时发送和接受信息，几乎不必争用总线，系统流量高。•控制简单，不用指明信息源和目的。•任何总线的失效只影响相连的两个部件不能直接通信，但可以间接通信，系统可靠性高。c)缺点：•总线数目多，N个部件全部互连需N(N-1)/2组总线。•难以小型化、集成电路化，总线长时成本高。•利用率低•

5、不利于模块化，增加一个部件要增加许多新的接口和连线。ABCDE所有部件用专用总线互连2)非专用总线a)定义:可以被多种功能或多个部件分时共享，同一时刻只有一对部件使用总线进行通信。b)优点：•总线少，造价低。•接口标准化、模块性强，易于简化接口设计。•扩充能力强，多重总线提高带宽和可靠性。c)缺点：•经常出现总线争用，系统流量小。•可能成为系统速度瓶颈，导致系统瘫痪。总线3.2.2总线的控制方式1.产生原因采用非专用总线时，可能出现多个设备或部件同时使用总线而发生争用，就得有总线控制机构来按照某种方式裁决，保证同一时间只能有一个高优先级的申请者取得总线使用权。2

6、.控制方式1)集中式控制总线控制逻辑基本上集中放在一起，或者放在连接总线的一个部件中，或者是放在单独的硬件中。我们主要讲述这一控制方式。2)分布式控制总线控制逻辑分散于连到总线的各个部件中。3.优先次序的三种确定方式1)串行链接方式部件0部件1部件N-1总线控制器总线可用总线请求总线忙集中式串行链接a)次序确定完全由“总线可用”线所接部件的物理位置来决定，离总线控制器越近的部件其优先级越高。b)优点：•算法简单，线数少，且不取决于部件的数量。•部件增加容易，可扩充性好。•逻辑简单，容易通过重复设置来提高其可靠性。c)缺点：•对“总线可用”线敏感，一个部件不能正确

7、传送“总线可用”信号,其后部件都得不到使用权。•优先级固定，不可被程序更改，灵活性差。•遥远部件难以获得总线使用权。•“总线可用”信号顺序、脉动地通过每一部件,限制了总线分配的速度。•受总线长度影响，增、减及移动部件也受限。2)定时查询方式：部件0部件1总线控制器总线请求总线忙部件0部件1部件N-1总线控制器总线请求总线忙集中式定时查询定时查询计数……a)次序确定•总线分配前计数器清“0”,从“0”开始查询，优先级排序类似串行链接。•总线分配前不清“0”，从中止点继续查询，是循环优先级，部件使用总线机会均等。•总线分配前将计数器设置初值，可以指定某个部件为最高优

8、先级。•总线分配前将部件