第三章-输入输出及其控制(第二节).ppt

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1、3.2输入/输出中的数据传送控制3.2.1输入/输出概述3.2.2直接程序传送控制3.2.3程序中断控制3.2.4DMA控制3.2.5通道控制输入过程输出过程CPU把地址值放在地址总线上，选择某一输入设备数据准备有效？否CPU把数据读入寄存器是CPU把数据放在数据总线上CPU把地址值放在地址总线上，选择某一输出设备数据准备有效？否输出设备把数据取走是CPU与I/O设备交换数据的过程3.2.1输入/输出概述从CPU与I/O设备交换数据的过程中，我们发现：在CPU与外围设备之间进行数据交换的过程中，不管

2、是进行的是输入还是输出操作，问题的关键是------什么时候数据才能成为有效？虽然，面对不同速度的外围设备，我们采用了不同的定时方式来进行CPU与外设间的定时。那么，接下来我们不竟就要问，我们应该如何控制并实现这三种定时方式呢？在不同的定时方式下我们又该如何组织安排CPU的工作，如何让外设与CPU之间协调工作呢？为方便理解，举一个实际生活中的例子：假设幼儿园张阿姨带了10个小孩，这10个小孩分别编号为甲、乙、丙、丁……。现在，张阿姨接到一个任务：要给每一个小孩分四块水果糖吃。问：假设要求孩子们把4块

3、糖全部吃完，那么张阿姨应该采用什么方式来完成任务呢？思考：？甲1块糖果第一步甲盯着小孩吃糖第二步当甲吃完一块糖,张阿姨就再发给甲下一块。重复执行上述步骤四次，让甲吃完四颗糖。乙1块糖果第一步乙盯着小孩吃糖第二步按照安排甲吃糖的步骤，张阿姨依次安排乙、丙、……等其他九个小孩吃糖。。。。。。。第一种解决方法展开联想的翅膀按照张阿姨发糖给10个小孩吃的第一种方式，就可以得到外设与CPU之间进行信息交换的第一种方式。很明显这种信息交换的主要特征就是：在CPU开始下一次信息交换之前，CPU需要查询等待外设把前

4、一个信息“消化掉”才行。糖果CPU外设信息第一种方式：程序查询方式主要思想：数据在CPU与外设间的传送完全依靠计算机程序控制，是在CPU的主动控制下进行的。当进行输入/输出时，CPU执行输入/输出的服务程序，根据服务程序中的I/O指令进行数据传送。在输入/输出的服务程序执行过程中，CPU不断循环查询外设状态，看外设是否准备就绪，只有当外设准备就绪的情况下，CPU才与外设进行数据交换。简单、经济。系统效率低：CPU必须循环等待；后询问的外设需等待前面的外设数据传送完毕后才能进行传送。I/O设备少、数据

5、传输率低的系统。优点：缺点：适用范围：主程序数据交换启动I/O主机主程序查询等待数据准备数据交换准备就绪外设第二种方式：程序中断方式主要思想：数据在CPU与外设间的传送也依靠计算机程序来控制完成。只不过在外设准备数据的过程中，CPU并不是在循环查询等待，而是在执行其他主程序，完成其他任务。一旦某一外设准备就绪后，外设向CPU发出请求中断的信号。当CPU响应这个中断时，CPU暂停当前正在运行的程序，转去执行该外设的中断服务程序。通过中断服务程序的执行完成CPU与外设间的信息交换。而当中断服务程序执行完

6、毕后，CPU又回到原来的程序继续执行。节省了CPU的宝贵时间，提高了效率。外设通过优先级控制而不必长时间等待。硬件结构相对复杂，服务开销时间大。一般适用于随机出现的服务，并且一旦提出要求，应立即响应。优点：缺点：适用范围：中断服务程序响应中断主程序继续主程序数据交换启动I/O主机主程序数据准备数据交换发中断请求外设第三种方式：直接存储器存取DMA方式主要思想：在I/O设备与内存之间建立直接的通路，I/O设备直接与内存进行数据传送不经过CPU，所以这种方式称为直接存储器存取方式，简称DMA(Direc

7、tMemoryAccess)。在这种方式下，I/O设备除了I/O接口外还必须有DMA接口或控制电路。当CPU通过I/O指令给DMA接口传送若干参数，启动I/O设备后，DMA控制器从CPU完全接管对总线的控制，直接在I/O设备与内存之间进行高速数据传送。进一步节省了CPU的宝贵时间，提高了效率。数据传输速度很高，传输速率仅受到内存访问时间的限制。硬件结构更加复杂。需要CPU对DMA控制器进行预置。一般适用于高速外设与内存之间进行大批量的数据交换的场合。优点：缺点：适用范围：预置参数I/O指令CPU存储

8、器DMA控制器外设第四种方式：通道方式主要思想：通道与CPU相对独立，是一个具有特殊功能的处理器，它有自己的指令和程序专门负责数据输入输出的传输控制，以实现对外设的统一管理和外设与内存之间的数据传送。CPU将“传输控制”功能下放给通道，CPU自己只负责“数据处理”功能。这样，通道与CPU分时使用内存，实现CPU内部运算与I/O设备的平行工作。把CPU从与外设间的传输控制功能中解放出来，大大提高了CPU的工作效率。CPU只需用简单的通道命令来启动通道工作，不必对其预置。