(1.10)--10计算机组成原理.ppt

1第10章 输入输出（I/O）系统10.1输入入输出（出（I/O）系）系统概述概述10.2程序中断程序中断输入入输出方式出方式10.3DMA输入入输出方式出方式10.4通道控制方式和外通道控制方式和外围处理机方式理机方式10.5总线结构构10.6外外设接口接口210.1 输入输出（I/O）系统概述输入入输出系出系统包括：包括：外部外部外部外部设备设备（输输入入入入输输出出出出设备设备和和和和辅辅助存助存助存助存储储器）器）器）器）与主机与主机与主机与主机（CPUCPU和存和存和存和存储储器）器）器）器）之之之之间间的控制部件的控制部件的控制部件的控制部件控制部件又称控制部件又称为设备控制器控制器、或、或设备适配适配器器、或、或接口接口。控制部件的作用是控制部件的作用是控制并控制并实现主机与外部主机与外部设备之之间的数据的数据传送送。310.1 输入输出（I/O）系统概述接口与主机、外接口与主机、外设间的的连接接控制联络控制联络控制电路控制电路控制联络信息控制联络信息数据数据(并并/串串)数据数据/命令命令/状态状态数据数据(并并)外设外设外设识别外设识别地址信息地址信息主机主机设备接口设备接口设备接口设备接口接口接口系统接口系统接口系统接口系统接口410.1 输入输出（I/O）系统概述为什么需要什么需要I/O接口接口各种外各种外各种外各种外设设的的的的操作方操作方操作方操作方法法法法不同，由不同，由不同，由不同，由CPUCPU统统一控制不切合一控制不切合一控制不切合一控制不切合实际实际。外外外外设设的的的的数据数据数据数据传输传输速速速速率率率率比存比存比存比存储储器和器和器和器和CPUCPU慢，使得高速慢，使得高速慢，使得高速慢，使得高速总线总线不能直接与外不能直接与外不能直接与外不能直接与外设设相相相相连连。外外外外设设所使用的所使用的所使用的所使用的数据数据数据数据格式格式格式格式各不一致。各不一致。各不一致。各不一致。I/O接口接口外部设备（外部设备（I/O设备）设备）510.1 输入输出（I/O）系统概述10.1.1I/O设备编址及址及I/O接口功能接口功能10.1.2I/O设备数据数据传送控制方式送控制方式610.1.1 I/O设备编址及I/O接口功能I/O设备的的编址址为为了了了了CPUCPU便于便于便于便于对对I/OI/O设备进设备进行行行行寻寻址和址和址和址和选择选择，必，必，必，必须给须给众多的众多的众多的众多的I/OI/O设备进设备进行行行行编编址，也就是址，也就是址，也就是址，也就是给给每一每一每一每一台台台台设备规设备规定一些地址定一些地址定一些地址定一些地址码码，称，称，称，称为为设备设备号或号或号或号或设备设备代代代代码码。710.1.1 I/O设备编址及I/O接口功能CPU对I/O设备有两种有两种寻址方法：址方法：专设专设I/OI/O指令。指令。指令。指令。例如：指令例如：指令例如：指令例如：指令ININ完成完成完成完成输输入，指令入，指令入，指令入，指令OUTOUT完成完成完成完成输输出操作。出操作。出操作。出操作。这这是是是是I/OI/O空空空空间间独立于存独立于存独立于存独立于存储储器空器空器空器空间间的情况，即的情况，即的情况，即的情况，即设备码设备码的的的的编码编码和存和存和存和存储储器的存器的存器的存器的存储单储单元的元的元的元的编码编码是平行存在的。是平行存在的。是平行存在的。是平行存在的。利用利用利用利用访访存（取数存（取数存（取数存（取数/存数）指令完成存数）指令完成存数）指令完成存数）指令完成I/OI/O功能。功能。功能。功能。I/OI/O空空空空间间和存和存和存和存储储器空器空器空器空间间是合在一起的，即是合在一起的，即是合在一起的，即是合在一起的，即I/OI/O设备设备和和和和存存存存储单储单元是元是元是元是统统一一一一编编址的。址的。址的。址的。810.1.1 I/O设备编址及I/O接口功能I/O接口的基本功能接口的基本功能1.1.实现实现主机和外主机和外主机和外主机和外围设备围设备之之之之间间的的的的数据数据数据数据传传送送送送控制。控制。控制。控制。2.2.实现实现数据数据数据数据缓缓冲冲冲冲，以达到主机同外，以达到主机同外，以达到主机同外，以达到主机同外围设备围设备之之之之间间的速度匹配。的速度匹配。的速度匹配。的速度匹配。3.3.接受主机的命令，提供接受主机的命令，提供接受主机的命令，提供接受主机的命令，提供设备设备接口的状接口的状接口的状接口的状态态，并，并，并，并按照主机的命令控制按照主机的命令控制按照主机的命令控制按照主机的命令控制设备设备。910.1.1 I/O设备编址及I/O接口功能I/O模模块的一般的一般结构构I/OI/O 逻辑逻辑逻辑逻辑数据寄存器数据寄存器数据寄存器数据寄存器状态状态状态状态/控制寄存器控制寄存器控制寄存器控制寄存器外部设备外部设备外部设备外部设备界面接口界面接口界面接口界面接口外部设备外部设备外部设备外部设备界面接口界面接口界面接口界面接口.系统接口系统接口系统接口系统接口外设接口外设接口外设接口外设接口数据线数据线数据线数据线地址线地址线地址线地址线控制线控制线控制线控制线数据数据数据数据 状态状态状态状态 控制控制控制控制数据数据数据数据 状态状态状态状态 控制控制控制控制1010.1.1 I/O设备编址及I/O接口功能I/O接口接口类型型1.1.按照数据按照数据按照数据按照数据传传送的送的送的送的宽宽度度度度分：分：分：分：并行接口并行接口并行接口并行接口：设备设备和接口是将一个字和接口是将一个字和接口是将一个字和接口是将一个字节节（或字）的（或字）的（或字）的（或字）的所有位同所有位同所有位同所有位同时传时传送的。送的。送的。送的。串行接口串行接口串行接口串行接口：设备设备和接口和接口和接口和接口间间的数据是一位一位串行的数据是一位一位串行的数据是一位一位串行的数据是一位一位串行传传送的，而接口和主机之送的，而接口和主机之送的，而接口和主机之送的，而接口和主机之间间是按字是按字是按字是按字节节或字并行或字并行或字并行或字并行传传送，接口要完成数据格式的串送，接口要完成数据格式的串送，接口要完成数据格式的串送，接口要完成数据格式的串并并并并变换变换。2.2.按照数据按照数据按照数据按照数据传传送的控制方式送的控制方式送的控制方式送的控制方式分：分：分：分：程序控制程序控制程序控制程序控制输输入入入入输输出接口；出接口；出接口；出接口；程序中断程序中断程序中断程序中断输输入入入入输输出接口；出接口；出接口；出接口；直接存直接存直接存直接存储储器存取（器存取（器存取（器存取（DMADMA）接口等。）接口等。）接口等。）接口等。1110.1 输入输出（I/O）系统概述10.1.1I/O设备编址及址及I/O接口功能接口功能10.1.2I/O设备数据数据传送控制方式送控制方式1210.1.2 I/O设备数据传送控制方式输入入输出方式的出方式的发展大致分展大致分为五种方式五种方式：1310.1.2 I/O设备数据传送控制方式程序直接控制程序直接控制（programeddirectcontrol）方式方式完全通过程序来控完全通过程序来控完全通过程序来控完全通过程序来控制主机和外围设备制主机和外围设备制主机和外围设备制主机和外围设备之间的信息传送。之间的信息传送。之间的信息传送。之间的信息传送。1410.1.2 I/O设备数据传送控制方式程序直接控制方式的特点：程序直接控制方式的特点：外部外部外部外部设备设备的启的启的启的启动动、停止等工作全部由、停止等工作全部由、停止等工作全部由、停止等工作全部由CPUCPU通通通通过过程序控制，程序控制，程序控制，程序控制，控制控制控制控制简单简单。CPUCPU和外和外和外和外设设只能串行工作，只能串行工作，只能串行工作，只能串行工作，系系系系统统效率低效率低效率低效率低。CPUCPU在一个在一个在一个在一个时间时间内只能和一个外内只能和一个外内只能和一个外内只能和一个外设设交交交交换换信息。信息。信息。信息。为为了提高速度，在外了提高速度，在外了提高速度，在外了提高速度，在外设设的接口中增的接口中增的接口中增的接口中增设设了了了了缓缓冲器冲器冲器冲器，使信息交使信息交使信息交使信息交换换在主存和在主存和在主存和在主存和缓缓冲区之冲区之冲区之冲区之间进间进行，但行，但行，但行，但CPUCPU仍然要停止工作等待外仍然要停止工作等待外仍然要停止工作等待外仍然要停止工作等待外设设的数据。的数据。的数据。的数据。1510.1.2 I/O设备数据传送控制方式程序中断程序中断传送（送（programinterrupttransfer）方式）方式输输入入入入输输出方式的出方式的出方式的出方式的进进一步一步一步一步发发展展展展产产生了中断的概念，生了中断的概念，生了中断的概念，生了中断的概念，即用即用即用即用程序中断的方法程序中断的方法程序中断的方法程序中断的方法来来来来处处理理理理输输入入入入输输出。出。出。出。中央中央中央中央处处理机和外部理机和外部理机和外部理机和外部设备设备同同同同时时工作，当工作，当工作，当工作，当外部外部外部外部设备设备做做做做好准好准好准好准备备以后再以后再以后再以后再请请求中断求中断求中断求中断CPUCPU，因，因，因，因为为外部外部外部外部设备设备的工的工的工的工作速度取决于机械作速度取决于机械作速度取决于机械作速度取决于机械动动作，它作，它作，它作，它远远比比比比CPUCPU的速度要低，的速度要低，的速度要低，的速度要低，因此因此因此因此CPUCPU可以同可以同可以同可以同时时启启启启动动多台外部多台外部多台外部多台外部设备设备使它使它使它使它们们同同同同时时工作，而由工作，而由工作，而由工作，而由CPUCPU分分分分别处别处理它理它理它理它们们的中断的中断的中断的中断请请求，求，求，求，这样这样初步解决了初步解决了初步解决了初步解决了CPUCPU、主存和外部、主存和外部、主存和外部、主存和外部设备设备之之之之间间的速度匹的速度匹的速度匹的速度匹配配配配问题问题。但但但但对对于一些工作于一些工作于一些工作于一些工作频频率率率率较较高的外高的外高的外高的外设设，例如，磁，例如，磁，例如，磁，例如，磁盘盘，磁磁磁磁带带等等等等,数据交数据交数据交数据交换换是成批的，且是成批的，且是成批的，且是成批的，且单单位数据之位数据之位数据之位数据之间间的的的的时间间时间间隔隔隔隔较较短，如果也采用程序中断方式，短，如果也采用程序中断方式，短，如果也采用程序中断方式，短，如果也采用程序中断方式，将可能造成信息将可能造成信息将可能造成信息将可能造成信息丢丢失。失。失。失。1610.1.2 I/O设备数据传送控制方式另外，中断的另外，中断的辅助操作很多，助操作很多，当外部当外部设备较多多时，中断，中断过分分频繁繁，将使中央，将使中央处理机理机应接接不暇，所以不暇，所以这种外种外设管理方法管理方法仅在小型机中在小型机中应用用。随着系随着系统结构的构的进一步一步发展，在展，在输入入输出系出系统中增中增设数据寄存器、地址寄存器、数据寄存器、地址寄存器、计数器数器等，使等，使外部外部设备和内存之和内存之间交交换信息不必通信息不必通过中央中央处理机而直接理机而直接进行行，成，成为DMA工作方工作方式式。1710.1.2 I/O设备数据传送控制方式直接存直接存储器存取（器存取（DMA）方式）方式基本思想：基本思想：基本思想：基本思想：在外在外在外在外围设备围设备和主存之和主存之和主存之和主存之间间开辟直接的开辟直接的开辟直接的开辟直接的数据数据数据数据传传送通路。送通路。送通路。送通路。当外当外当外当外围设备围设备完成完成完成完成输输入或入或入或入或输输出数据的准出数据的准出数据的准出数据的准备备工作后，工作后，工作后，工作后，由由由由DMADMA控制器控制器控制器控制器占用占用占用占用总线总线一个工作周期，控制一个工作周期，控制一个工作周期，控制一个工作周期，控制外外外外围设备围设备和主存直接交和主存直接交和主存直接交和主存直接交换换数据。数据。数据。数据。整个数据整个数据整个数据整个数据块块的数据的数据的数据的数据传传送无需送无需送无需送无需CPUCPU的的的的频频繁干繁干繁干繁干预预。主存主存主存主存储储器被并行工作的器被并行工作的器被并行工作的器被并行工作的CPUCPU和和和和I/OI/O子系子系子系子系统统所共所共所共所共享享享享。1810.1.2 I/O设备数据传送控制方式DMA的不足之的不足之处：首先首先首先首先对对外外外外围设备围设备的管理和某些操作的控制仍需的管理和某些操作的控制仍需的管理和某些操作的控制仍需的管理和某些操作的控制仍需由由由由CPUCPU承担承担承担承担。在大中型在大中型在大中型在大中型计计算机系算机系算机系算机系统统中，系中，系中，系中，系统统所配所配所配所配备备的外的外的外的外设设种种种种类类多，数量大，多，数量大，多，数量大，多，数量大，这样这样，对对外外外外设设的管理和控制的管理和控制的管理和控制的管理和控制也就愈来愈多，愈来愈复也就愈来愈多，愈来愈复也就愈来愈多，愈来愈复也就愈来愈多，愈来愈复杂杂。大容量外存的使用，使主存和外存之大容量外存的使用，使主存和外存之大容量外存的使用，使主存和外存之大容量外存的使用，使主存和外存之间间的数据的数据的数据的数据流量大幅度增加，有流量大幅度增加，有流量大幅度增加，有流量大幅度增加，有时还时还要求多个要求多个要求多个要求多个DMADMA同同同同时时使用，引起使用，引起使用，引起使用，引起访问访问主存的冲突增加主存的冲突增加主存的冲突增加主存的冲突增加。1910.1.2 I/O设备数据传送控制方式I/OI/O通道控制（通道控制（通道控制（通道控制（I/OchannelcontrolI/Ochannelcontrol）方式）方式）方式）方式通道的出通道的出通道的出通道的出现进现进一步提高了一步提高了一步提高了一步提高了CPUCPU的效率的效率的效率的效率。通道是一个具有特殊功能的通道是一个具有特殊功能的通道是一个具有特殊功能的通道是一个具有特殊功能的处处理器，某些理器，某些理器，某些理器，某些应应用中称用中称用中称用中称为为输输入入入入输输出出出出处处理器（理器（理器（理器（IOPIOP），它可以，它可以，它可以，它可以实现对实现对外外外外围设备围设备的的的的统统一管理和外一管理和外一管理和外一管理和外围设备围设备与内存之与内存之与内存之与内存之间间的数据的数据的数据的数据传传送，是以花送，是以花送，是以花送，是以花费费更多硬件更多硬件更多硬件更多硬件为为代价的。代价的。代价的。代价的。通道通道通道通道能独立地能独立地能独立地能独立地执执行用通道命令行用通道命令行用通道命令行用通道命令编编写的写的写的写的输输入入入入输输出控制程出控制程出控制程出控制程序序序序，产产生相生相生相生相应应的控制信号送的控制信号送的控制信号送的控制信号送给给由它管由它管由它管由它管辖辖的的的的设备设备控制器，控制器，控制器，控制器，继继而完成复而完成复而完成复而完成复杂杂的的的的输输入入入入输输出出出出过过程。程。程。程。通道是一种通用性和通道是一种通用性和通道是一种通用性和通道是一种通用性和综综合性都合性都合性都合性都较强较强的的的的输输入入入入输输出方式，出方式，出方式，出方式，它代表了它代表了它代表了它代表了现现代代代代计计算机算机算机算机组织组织向功能分布方向向功能分布方向向功能分布方向向功能分布方向发发展的初始展的初始展的初始展的初始发发展展展展阶阶段。段。段。段。2010.1.2 I/O设备数据传送控制方式输输入入入入输输出出出出处处理机，通常称作外理机，通常称作外理机，通常称作外理机，通常称作外围处围处理机理机理机理机（peripheralprocessorunitperipheralprocessorunit简简称称称称PPUPPU）外外外外围处围处理机（理机（理机（理机（PPUPPU）方式是通道方式的）方式是通道方式的）方式是通道方式的）方式是通道方式的进进一步一步一步一步发发展。展。展。展。由于由于由于由于PPUPPU基本上独立于主机工作基本上独立于主机工作基本上独立于主机工作基本上独立于主机工作，它的，它的，它的，它的结结构更接近一构更接近一构更接近一构更接近一般般般般处处理机理机理机理机，甚至就是微小型，甚至就是微小型，甚至就是微小型，甚至就是微小型计计算机。算机。算机。算机。它可完成它可完成它可完成它可完成I/OI/O通道所要完成的通道所要完成的通道所要完成的通道所要完成的I/OI/O控制，控制，控制，控制，还还可完成可完成可完成可完成码码制制制制变换变换，格式，格式，格式，格式处处理，数据理，数据理，数据理，数据块块的的的的检错检错，纠错纠错等操作。它可等操作。它可等操作。它可等操作。它可具有相具有相具有相具有相应应的运算的运算的运算的运算处处理部件，理部件，理部件，理部件，缓缓冲部件，冲部件，冲部件，冲部件，还还可形成可形成可形成可形成I/OI/O程序所必需的程序程序所必需的程序程序所必需的程序程序所必需的程序转转移手段。移手段。移手段。移手段。有了外有了外有了外有了外围处围处理机，不但可理机，不但可理机，不但可理机，不但可简简化化化化设备设备控制器，而且可用控制器，而且可用控制器，而且可用控制器，而且可用它作它作它作它作为维护为维护、诊诊断、通信控制、系断、通信控制、系断、通信控制、系断、通信控制、系统统工作情况工作情况工作情况工作情况显显示和示和示和示和人机人机人机人机联联系的工具。系的工具。系的工具。系的工具。有了外有了外有了外有了外围处围处理机后，使理机后，使理机后，使理机后，使计计算机系算机系算机系算机系统结统结构有了构有了构有了构有了质质的的的的飞跃飞跃由功能集中式由功能集中式由功能集中式由功能集中式发发展展展展为为功能分散的分布式系功能分散的分布式系功能分散的分布式系功能分散的分布式系统统。2110.1.2 I/O设备数据传送控制方式各种方法比各种方法比较：程序程序程序程序查询查询方式方式方式方式和和和和程序中断方式程序中断方式程序中断方式程序中断方式适用于数据适用于数据适用于数据适用于数据传输传输率比率比率比率比较较低的外低的外低的外低的外围设备围设备；DMADMA方式方式方式方式、通道方式通道方式通道方式通道方式和和和和I/OI/O处处理机方式理机方式理机方式理机方式适用于适用于适用于适用于数据数据数据数据传输传输率比率比率比率比较较高的高的高的高的设备设备。目前，小型机和微型机中大都采用程序目前，小型机和微型机中大都采用程序目前，小型机和微型机中大都采用程序目前，小型机和微型机中大都采用程序查询查询方方方方式、程序中断方式和式、程序中断方式和式、程序中断方式和式、程序中断方式和DMADMA方式。方式。方式。方式。通道方式和通道方式和通道方式和通道方式和I/OI/O处处理机方式大都用在中、大型理机方式大都用在中、大型理机方式大都用在中、大型理机方式大都用在中、大型计计算机中。算机中。算机中。算机中。22第10章 输入输出（I/O）系统10.1输入入输出（出（I/O）系）系统概述概述10.2程序中断程序中断输入入输出方式出方式10.3DMA输入入输出方式出方式10.4通道控制方式和外通道控制方式和外围处理机方式理机方式10.5总线结构构10.6外外设接口接口2310.2 程序中断输入输出方式中断的基本概念中断的基本概念中断的基本概念中断的基本概念当当当当CPUCPU正常运行程序正常运行程序正常运行程序正常运行程序时时，由于由于由于由于内部事件或外内部事件或外内部事件或外内部事件或外设请设请求求求求（随机的随机的随机的随机的），引起），引起），引起），引起CPUCPU暂时暂时中止中止中止中止正在运行的程序，正在运行的程序，正在运行的程序，正在运行的程序，转转去去去去执执行行行行发发出出出出请请求的外求的外求的外求的外设设（或内部事件）的服（或内部事件）的服（或内部事件）的服（或内部事件）的服务务子程序，子程序，子程序，子程序，待待待待该该服服服服务务程序程序程序程序执执行完行完行完行完毕毕，再返回被中止的程序，再返回被中止的程序，再返回被中止的程序，再返回被中止的程序，这这一一一一过过程称程称程称程称为为中断中断中断中断。中断中断断点断点中断服务子程序中断服务子程序主程序主程序2410.2 程序中断输入输出方式“中断中断中断中断”概念的出概念的出概念的出概念的出现现，是，是，是，是计计算机系算机系算机系算机系统结统结构构构构设计设计中中中中的一个的一个的一个的一个重大重大重大重大变变革革革革。在程序中断方式中，某一外在程序中断方式中，某一外在程序中断方式中，某一外在程序中断方式中，某一外设设的数据准的数据准的数据准的数据准备备就就就就绪绪后，后，后，后，它它它它“主主主主动动”向向向向CPUCPU发发出出出出请请求中断的信号求中断的信号求中断的信号求中断的信号，请请求求求求CPUCPU暂时暂时中断目前的工作而中断目前的工作而中断目前的工作而中断目前的工作而进进行数据交行数据交行数据交行数据交换换。当当当当CPUCPU响响响响应这应这个中断个中断个中断个中断时时，便，便，便，便暂暂停运行主程序，并停运行主程序，并停运行主程序，并停运行主程序，并自自自自动转动转移到移到移到移到该设备该设备的中断服的中断服的中断服的中断服务务程序。当中断服程序。当中断服程序。当中断服程序。当中断服务务程序程序程序程序结结束后，束后，束后，束后，CPUCPU又回到原来的主程序。又回到原来的主程序。又回到原来的主程序。又回到原来的主程序。这这种种种种原理和原理和原理和原理和调调用子程序相仿用子程序相仿用子程序相仿用子程序相仿，不，不，不，不过过，这这里要求里要求里要求里要求转转移到中断服移到中断服移到中断服移到中断服务务子程序的子程序的子程序的子程序的请请求是由外部求是由外部求是由外部求是由外部设备发设备发出的。出的。出的。出的。中断方式特中断方式特中断方式特中断方式特别别适合于随机出适合于随机出适合于随机出适合于随机出现现的服的服的服的服务务。2510.2 程序中断输入输出方式中断中断中断中断处处理示意理示意理示意理示意图图主程序只是在主程序只是在主程序只是在主程序只是在设备设备A A，B B，C C数据数据数据数据准准准准备备就就就就绪时绪时，才去，才去，才去，才去处处理理理理A A，B B，C C，进进行数据交行数据交行数据交行数据交换换。在速度在速度在速度在速度较较慢的外慢的外慢的外慢的外围设备围设备准准准准备备自己的数据自己的数据自己的数据自己的数据时时，CPUCPU照常照常照常照常执执行自己的程序。行自己的程序。行自己的程序。行自己的程序。在在在在这这个意个意个意个意义义上上上上说说，CPUCPU和外和外和外和外围设备围设备的一些操作是的一些操作是的一些操作是的一些操作是并行并行并行并行地地地地进进行行行行的，因而同程序的，因而同程序的，因而同程序的，因而同程序查询查询方式相比，方式相比，方式相比，方式相比，计计算机系算机系算机系算机系统统的的的的效率大大提高效率大大提高效率大大提高效率大大提高了。了。了。了。2610.2 程序中断输入输出方式中断与中断与中断与中断与调调用子程序的区用子程序的区用子程序的区用子程序的区别别从表面上看起来，从表面上看起来，从表面上看起来，从表面上看起来，计计算机的中断算机的中断算机的中断算机的中断处处理理理理过过程有点程有点程有点程有点类类似于似于似于似于调调用子程序的用子程序的用子程序的用子程序的过过程，程，程，程，这这里里里里现现行程序相当于主程序，中行程序相当于主程序，中行程序相当于主程序，中行程序相当于主程序，中断服断服断服断服务务程序相当于子程序。程序相当于子程序。程序相当于子程序。程序相当于子程序。但有但有但有但有本本本本质质上的区上的区上的区上的区别别：子程序的子程序的子程序的子程序的执执行是由程序行是由程序行是由程序行是由程序员员事先安排好的，而中断服事先安排好的，而中断服事先安排好的，而中断服事先安排好的，而中断服务务程序的程序的程序的程序的执执行行行行则则是是是是由随机的中断事件引起的由随机的中断事件引起的由随机的中断事件引起的由随机的中断事件引起的。子程序的子程序的子程序的子程序的执执行受到主程序或上行受到主程序或上行受到主程序或上行受到主程序或上层层子程序的控制，而中子程序的控制，而中子程序的控制，而中子程序的控制，而中断服断服断服断服务务程序一般程序一般程序一般程序一般与被中断的与被中断的与被中断的与被中断的现现行程序毫无关系行程序毫无关系行程序毫无关系行程序毫无关系。不存在同不存在同不存在同不存在同时调时调用多个子程序的情况，而可能用多个子程序的情况，而可能用多个子程序的情况，而可能用多个子程序的情况，而可能发发生生生生多个多个多个多个外外外外设设同同同同时请时请求求求求CPUCPU为为自己服自己服自己服自己服务务的情况。的情况。的情况。的情况。中断的特点中断的特点中断的特点中断的特点:CPUCPU的利用率高的利用率高的利用率高的利用率高2710.2 程序中断输入输出方式10.2.1中断的作用、中断的作用、产生和影响生和影响10.2.2中断中断处理理10.2.3程序中断程序中断设备接口的接口的组成和工作原成和工作原理理28上节回顾第第7章章存存储系系统7.37.3虚虚虚虚拟拟存存存存储储器器器器 段式虚段式虚段式虚段式虚拟拟存存存存储储器器器器 段段段段页页式虚式虚式虚式虚拟拟存存存存储储器器器器 存存存存储储管理部件管理部件管理部件管理部件7.47.4相相相相联联存存存存储储器器器器7.57.5存存存存储储保保保保护护第第第第1010章章章章 输输入入入入输输出出出出(I/O)(I/O)系系系系统统10.110.1输输入入入入输输出出出出(I/O)(I/O)系系系系统统概述概述概述概述 10.1.1I/O10.1.1I/O设备编设备编址及址及址及址及I/OI/O接口功能接口功能接口功能接口功能 10.1.2I/O10.1.2I/O设备设备数据数据数据数据传传送控制方式送控制方式送控制方式送控制方式10.210.2程序中断程序中断程序中断程序中断输输入入入入输输出方式出方式出方式出方式2910.2.1 中断的作用、产生和影响中断系中断系统在在计算机系算机系统中有很重要的作用，中有很重要的作用，它不它不仅仅应用于用于输入入输出系出系统。中断的作用：中断的作用：1.1.1.1.CPUCPUCPUCPU与与与与I/OI/OI/OI/O设备设备并行工作。并行工作。并行工作。并行工作。2.2.2.2.硬件故障硬件故障硬件故障硬件故障处处理。理。理。理。3.3.3.3.实现实现人机人机人机人机联联系。系。系。系。4.4.4.4.实现实现多道程序和分多道程序和分多道程序和分多道程序和分时时操作。操作。操作。操作。5.5.5.5.实现实时处实现实时处理。理。理。理。6.6.6.6.实现应实现应用程序和操作系用程序和操作系用程序和操作系用程序和操作系统统(管管管管态态程序程序程序程序)的的的的联联系。系。系。系。7.7.7.7.多多多多处处理机系理机系理机系理机系统统中各中各中各中各处处理机理机理机理机间间的的的的联联系。系。系。系。3010.2.1 中断的作用、产生和影响1.1.CPUCPU与与I/OI/O设备并行工作。并行工作。对对于于于于I/OI/O系系系系统统，中断系，中断系，中断系，中断系统统可用来可用来可用来可用来作作作作为为低速的外低速的外低速的外低速的外部部部部设备设备和高速的中央和高速的中央和高速的中央和高速的中央处处理机理机理机理机联联系手段系手段系手段系手段。外外外外设设通通通通过过中断系中断系中断系中断系统统向中央向中央向中央向中央处处理机理机理机理机报报告，例如申告，例如申告，例如申告，例如申请请交交交交换换数据、数据交数据、数据交数据、数据交数据、数据交换换完、交完、交完、交完、交换换出出出出错错或某外或某外或某外或某外设设可以恢复使用等。可以恢复使用等。可以恢复使用等。可以恢复使用等。中断系中断系中断系中断系统统是用于是用于是用于是用于变变更正在更正在更正在更正在执执行的程序流程的有行的程序流程的有行的程序流程的有行的程序流程的有效手段效手段效手段效手段。3110.2.1 中断的作用、产生和影响例：例：CPUCPUCPUCPU与与与与针针式打印机并行工作的式打印机并行工作的式打印机并行工作的式打印机并行工作的时间时间安排。安排。安排。安排。当打印机完成一行打印后，向当打印机完成一行打印后，向当打印机完成一行打印后，向当打印机完成一行打印后，向CPUCPUCPUCPU发发中断信号。中断信号。中断信号。中断信号。若若若若CPUCPUCPUCPU响响响响应应中断，中断，中断，中断，则则停止正在停止正在停止正在停止正在执执行的程序行的程序行的程序行的程序转转入入入入打印中断服打印中断服打印中断服打印中断服务务程序，将要打印的下一行字程序，将要打印的下一行字程序，将要打印的下一行字程序，将要打印的下一行字传传送到打印机控制器并启送到打印机控制器并启送到打印机控制器并启送到打印机控制器并启动动打印机工作。打印机工作。打印机工作。打印机工作。然后然后然后然后CPUCPUCPUCPU又又又又继续执继续执行原来的程序，此行原来的程序，此行原来的程序，此行原来的程序，此时时打印机打印机打印机打印机开始了新一行字的打印开始了新一行字的打印开始了新一行字的打印开始了新一行字的打印过过程。程。程。程。3210.2.1 中断的作用、产生和影响打印机打印一行字需要几毫秒到几十毫秒，打印机打印一行字需要几毫秒到几十毫秒，而中断而中断处理理时间一般是微秒一般是微秒级。3310.2.1 中断的作用、产生和影响2.2.硬件故障硬件故障处理。理。计计算机运行算机运行算机运行算机运行时时，如，如，如，如硬件出硬件出硬件出硬件出现现某些故障某些故障某些故障某些故障，机器中，机器中，机器中，机器中断系断系断系断系统发统发出中断出中断出中断出中断请请求，求，求，求，CPUCPUCPUCPU响响响响应应中断后自中断后自中断后自中断后自动进动进行行行行处处理。理。理。理。3.3.实现人机人机联系。系。在在在在计计算机工作算机工作算机工作算机工作过过程中，如果程中，如果程中，如果程中，如果用用用用户户要干要干要干要干预预机器机器机器机器，如抽如抽如抽如抽查计查计算中算中算中算中间结间结果，了解机器的工作状果，了解机器的工作状果，了解机器的工作状果，了解机器的工作状态态，给给机器下达机器下达机器下达机器下达临时临时性的命令等。性的命令等。性的命令等。性的命令等。在没有中断系在没有中断系在没有中断系在没有中断系统统的机器里的机器里的机器里的机器里这这些功能几乎是无法些功能几乎是无法些功能几乎是无法些功能几乎是无法实现实现的。的。的。的。3410.2.1 中断的作用、产生和影响4.4.实现多道程序和分多道程序和分时操作。操作。计计算机算机算机算机实现实现多道程序运行是提高机器效率的有多道程序运行是提高机器效率的有多道程序运行是提高机器效率的有多道程序运行是提高机器效率的有效手段。效手段。效手段。效手段。多道程序的切多道程序的切多道程序的切多道程序的切换换运行需借助于中断系运行需借助于中断系运行需借助于中断系运行需借助于中断系统统。在一道程序的运行中，由在一道程序的运行中，由在一道程序的运行中，由在一道程序的运行中，由I/OI/OI/OI/O中断系中断系中断系中断系统统切切切切换换到到到到另外一道程序运行。另外一道程序运行。另外一道程序运行。另外一道程序运行。也可以通也可以通也可以通也可以通过过分分分分时时分配每道程序一个固定分配每道程序一个固定分配每道程序一个固定分配每道程序一个固定时间时间片，片，片，片，利用利用利用利用时钟时钟定定定定时发时发中断中断中断中断进进行程序切行程序切行程序切行程序切换换。3510.2.1 中断的作用、产生和影响5.5.实现实时处理。理。这这是指是指是指是指在某个事件或在某个事件或在某个事件或在某个事件或现现象出象出象出象出现时现时，及，及，及，及时时地地地地进进行行行行处处理理理理，而不是集中起来再，而不是集中起来再，而不是集中起来再，而不是集中起来再进进行批行批行批行批处处理。理。理。理。例如，在某个例如，在某个例如，在某个例如，在某个计计算机算机算机算机过过程控制系程控制系程控制系程控制系统统中，当出中，当出中，当出中，当出现现压压力力力力过过大，温度大，温度大，温度大，温度过过高等情况高等情况高等情况高等情况时时，必，必，必，必须须及及及及时输时输入到入到入到入到计计算机算机算机算机进进行行行行处处理。理。理。理。3610.2.1 中断的作用、产生和影响6.6.实现应用程序和操作系用程序和操作系统（管（管态程序）的程序）的联系。系。可以在用可以在用可以在用可以在用户户程序中安排一条程序中安排一条程序中安排一条程序中安排一条“TrapTrapTrapTrap”指令指令指令指令进进入入入入操作系操作系操作系操作系统统，称之，称之，称之，称之为为“软软中断中断中断中断”。其中断其中断其中断其中断处处理理理理过过程与其他中断程与其他中断程与其他中断程与其他中断类类似。似。似。似。7.7.多多处理机系理机系统中各中各处理机理机间的的联系。系。在多在多在多在多处处理机系理机系理机系理机系统统中，中，中，中，处处理机和理机和理机和理机和处处理机之理机之理机之理机之间间的信的信的信的信息交流和任息交流和任息交流和任息交流和任务务切切切切换换可以通可以通可以通可以通过过中断来中断来中断来中断来实现实现。3710.2.1 中断的作用、产生和影响有关中断的有关中断的产生和响生和响应的概念的概念1.中断源：中断源：引起中断的事件。引起中断的事件。中断源的种中断源的种中断源的种中断源的种类类 外中断：外中断：外中断：外中断：I/OI/O设备设备，定，定，定，定时时钟时时钟等来自等来自等来自等来自处处理机外部理机外部理机外部理机外部设设备备的中断。的中断。的中断。的中断。内中断：内中断：内中断：内中断：处处理机硬件故障或程序理机硬件故障或程序理机硬件故障或程序理机硬件故障或程序“出出出出错错”引起的引起的引起的引起的中断。例如，中断。例如，中断。例如，中断。例如，电电源故障，算源故障，算源故障，算源故障，算术术溢出，除数溢出，除数溢出，除数溢出，除数为为零，零，零，零，校校校校验错验错，指令非法，用，指令非法，用，指令非法，用，指令非法，用户户程序程序程序程序执执行特行特行特行特权权指令以及指令以及指令以及指令以及虚虚虚虚拟拟存存存存储储器器器器页页面失效等。面失效等。面失效等。面失效等。由由由由“Trap”Trap”指令指令指令指令产产生的生的生的生的软软中断中断中断中断。3810.2.1 中断的作用、产生和影响中断触中断触中断触中断触发发器器器器 当中断源当中断源当中断源当中断源发发生引起中断的事件生引起中断的事件生引起中断的事件生引起中断的事件时时，先将它保存在，先将它保存在，先将它保存在，先将它保存在设备设备控制器的控制器的控制器的控制器的“中断触中断触中断触中断触发发器器器器”中，即置中，即置中，即置中，即置“1”1”。当中断触当中断触当中断触当中断触发发器器器器为为“1”1”时时，向，向，向，向CPUCPU发发出出出出“中断中断中断中断请请求求求求”信号。信号。信号。信号。每个中断源有一个每个中断源有一个每个中断源有一个每个中断源有一个中断触中断触中断触中断触发发器器器器。多个中断触多个中断触多个中断触多个中断触发发器构成器构成器构成器构成中断寄存器中断寄存器中断寄存器中断寄存器。其内