17主机与外设的数据传送方式.ppt
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1、第第1717章章 主机与外设数据传送方式主机与外设数据传送方式I/O接接口口设设备备控控制制器器I/O设备设备CPU主主 存存输入输出(输入输出(I/OI/O)系统)系统 由由I/OI/O接口接口、I/OI/O部件部件、I/OI/O软件软件组成,完成主机和外部设备之间的组成,完成主机和外部设备之间的数据交换数据交换。数据交换方式数据交换方式:有程序查询、中断、直接存储器访问:有程序查询、中断、直接存储器访问 (DMA)(DMA)、I/OI/O通道、外围处理机等。通道、外围处理机等。由由CPU执行一段输入输出程序来实现主机与外设之间执行一段输入输出程序来实现主机与外设之间数据传送的方式叫做程序控
2、制方式。这种传送方式又可分为无数据传送的方式叫做程序控制方式。这种传送方式又可分为无条件传送和程序查询方式两种。条件传送和程序查询方式两种。17.1 17.1 程序查询方式程序查询方式(1)(1)预置传送参数。预置传送参数。在传送数据之前,由在传送数据之前,由CPUCPU执行一段初始化程序,预置执行一段初始化程序,预置传送参数。传送参数包括存取数据的主存缓冲区首地址和传送数据的个传送参数。传送参数包括存取数据的主存缓冲区首地址和传送数据的个数。数。程序查询方式程序查询方式程序查询方式程序查询方式无条件传送无条件传送:外设总是准备好状态,:外设总是准备好状态,CPUCPU无须查询,可直接利用无须
3、查询,可直接利用I/OI/O指令指令访问相应的访问相应的I/OI/O端口。优点:软、硬端口。优点:软、硬件简单,但要求时序配合精确,一件简单,但要求时序配合精确,一般只能用于简单开关量的输人输出般只能用于简单开关量的输人输出控制中。控制中。预置传送参数预置传送参数预置传送参数预置传送参数启动外设启动外设启动外设启动外设外设准备外设准备外设准备外设准备就绪就绪就绪就绪?传送一次数据传送一次数据传送一次数据传送一次数据修改传送参数修改传送参数修改传送参数修改传送参数传送完传送完传送完传送完否否否否?取外设状态取外设状态取外设状态取外设状态结束结束结束结束YYNN(2)(2)启动外设启动外设。CPU
4、CPU执行输出指令向外执行输出指令向外设接口发出命令字启动外设。设接口发出命令字启动外设。(3)(3)取外设状态字取外设状态字取外设状态字取外设状态字。CPU执行输入指令,执行输入指令,从外设接口中取回状态字。从外设接口中取回状态字。(4)(4)查询外设状态标志查询外设状态标志查询外设状态标志查询外设状态标志。判回状态字。判回状态字有无外设准备就绪。无,有无外设准备就绪。无,CPU返回;返回;有,开始传送数据。有,开始传送数据。(5)(5)传送数据传送数据传送数据传送数据。输入时,。输入时,CPU执行输执行输入指令,从外设接口的数据缓冲寄入指令,从外设接口的数据缓冲寄存器中接收数据;输出时,存
5、器中接收数据;输出时,CPU执执行输出指令,将数据写入外设接口行输出指令,将数据写入外设接口的数据缓冲寄存器中。的数据缓冲寄存器中。(6)(6)修改传送参数修改传送参数修改传送参数修改传送参数。每进行一次数据传。每进行一次数据传送之后必须要修改传送参数,其中包括送之后必须要修改传送参数,其中包括主存缓冲区地址加主存缓冲区地址加l,传送个数计数器,传送个数计数器减减1。(7)(7)判断传送是否结束判断传送是否结束判断传送是否结束判断传送是否结束。如果传送个数计数器不。如果传送个数计数器不为为0,则转第,则转第(3)步,继续传送,直到传送个数步,继续传送,直到传送个数计数器为计数器为0,表示传送结
6、束。,表示传送结束。预置传送参数预置传送参数预置传送参数预置传送参数启动外设启动外设启动外设启动外设外设准备外设准备外设准备外设准备就绪就绪就绪就绪?传送一次数据传送一次数据传送一次数据传送一次数据修改传送参数修改传送参数修改传送参数修改传送参数传送完传送完传送完传送完否否否否?取外设状态取外设状态取外设状态取外设状态结束结束结束结束YYNN17.2 17.2 中断方式中断方式1 1 1 1、中断的概念、中断的概念、中断的概念、中断的概念 只有当外设发生异常或申请时只有当外设发生异常或申请时CPUCPU才中断当前才中断当前程序,转去与外设传送数据,完成数据传送后返回执行当前程程序,转去与外设传
7、送数据,完成数据传送后返回执行当前程序。使序。使CPUCPU无需像程序查询方式那样处于等待外设状态,提高无需像程序查询方式那样处于等待外设状态,提高了工作效率。了工作效率。2 2 2 2、中断处理过程、中断处理过程、中断处理过程、中断处理过程 由硬件和软件组合的一套机构完成由硬件和软件组合的一套机构完成5 5个步骤:个步骤:中断请求、中断判优、中断响应、中断处理、中断返回。中断请求、中断判优、中断响应、中断处理、中断返回。中断源发出中断源发出中断源发出中断源发出中断请求中断请求中断请求中断请求中断中断中断中断判优判优判优判优中断中断中断中断响应响应响应响应中断服中断服中断服中断服务务务务中断中
8、断中断中断返回返回返回返回外设外设(中断源中断源)准备好,向准备好,向CPUCPU发出发出中断请求中断请求信号信号IRIR ,计算机对,计算机对中断判优中断判优根据根据“优先序优先序”选择中断源,选择中断源,CPUCPU对对“最高级最高级”中断发中断发出出中断响应中断响应信号,并暂停当前程序,转去执行信号,并暂停当前程序,转去执行中断服务中断服务程序,程序,完成完成I/OI/O数据传送和处理服务后数据传送和处理服务后中断返回中断返回,CPUCPU继续执行原来运继续执行原来运行的程序。行的程序。中断源中断源中断源中断源硬件硬件外部设备外部设备(键盘、打印机等键盘、打印机等)软件软件内部关键部位内
9、部关键部位(储存器读错、运算溢出、储存器读错、运算溢出、实时时钟、电源掉电、外设故障等实时时钟、电源掉电、外设故障等)一般程序一般程序(定时、延时定时、延时)专用程序专用程序(断点设置、单步设置、溢出设置断点设置、单步设置、溢出设置)3 3 3 3、中断源与中断请求、中断源与中断请求、中断源与中断请求、中断源与中断请求中断请求中断请求中断请求中断请求内部关键部位使用内部关键部位使用非屏蔽中断非屏蔽中断NMINMI信号,不受标志寄存器信号,不受标志寄存器“中断允许位中断允许位”影响,影响,CPUCPU必须响应。必须响应。一般程序一般程序执行指令执行指令INTINT实现实现专用程序由专用程序由系统
10、设置实现系统设置实现一般外部设备使用一般外部设备使用可屏蔽中断可屏蔽中断(I/O(I/O中断中断)INTRINTR信号,改变中断控制寄存器信号,改变中断控制寄存器内容内容(控制字控制字),在其中进行排队选优。,在其中进行排队选优。4 4 4 4、中断判优、中断判优、中断判优、中断判优中断优先权中断优先权 当多个中断源同时向当多个中断源同时向CPUCPU发出中断请求时,发出中断请求时,CPUCPU将所有中断将所有中断源的请求按轻重缓急排序,源的请求按轻重缓急排序,0 0级、级、1 1级、级、2 2级级 n n级排队依次处理,使最级排队依次处理,使最高级中断源的中断请求排在最前,最快得到高级中断源
11、的中断请求排在最前,最快得到CPUCPU的处理。这种中断处理过的处理。这种中断处理过程中的优先级别,叫做中断优先权。程中的优先级别,叫做中断优先权。1#中断服务中断服务2#中断服务中断服务3#中断服务中断服务1#设备设备?2#设备设备?3#设备设备?YYYNNN 软件判优法:软件判优法:优先级优先级顺序已经按查询顺序顺序已经按查询顺序排好,若要改变优先排好,若要改变优先级可以通过改变程序级可以通过改变程序查询顺序来完成。查询顺序来完成。CPUCPU顺序检测中断请求寄顺序检测中断请求寄存器的状态。存器的状态。CPU1#1#设备设备接口接口中断请求中断请求中断请求中断请求ARQARQI/O数据总线
12、数据总线2#2#设备设备接口接口n n#设备设备接口接口硬件判优法:硬件判优法:靠硬靠硬件电路实现的判优,件电路实现的判优,优先级不能更改。根优先级不能更改。根据中断请求信号的传据中断请求信号的传送方式不同,常见的送方式不同,常见的硬件排队电路有硬件排队电路有串行串行顺序链识别法顺序链识别法如图。如图。中断判优中断判优 有软件判优法和硬件判优法。有软件判优法和硬件判优法。中断屏蔽寄存器:中断屏蔽寄存器:由多个中断屏蔽触发器组成,其内容被称由多个中断屏蔽触发器组成,其内容被称为为屏蔽字屏蔽字。可以通过。可以通过软件编程软件编程改变屏蔽寄存器的某一位,使改变屏蔽寄存器的某一位,使其置其置1 1,从
13、而实现对某个中断源的屏蔽控制。注意到,硬件,从而实现对某个中断源的屏蔽控制。注意到,硬件的中断排队电路所决定的中断响应次序是固定的,但通过中的中断排队电路所决定的中断响应次序是固定的,但通过中断屏蔽位的控制,决定某级中断请求能否进入中断排队器,断屏蔽位的控制,决定某级中断请求能否进入中断排队器,可以可以改变中断响应次序改变中断响应次序。中断屏蔽:中断屏蔽:当同时有多个中断源发出中断请求时,当同时有多个中断源发出中断请求时,CPUCPU只能只能响应一个中断,其余中断需要暂时封锁响应一个中断,其余中断需要暂时封锁(屏蔽屏蔽)。这里的中断。这里的中断屏蔽作用是,是否让中断源的请求进入排队逻辑,最终让
14、屏蔽作用是,是否让中断源的请求进入排队逻辑,最终让CPUCPU接到请求信号,而在接到请求信号,而在CPUCPU内部中断逻辑中,有一个同样起中断内部中断逻辑中,有一个同样起中断屏蔽作用的开屏蔽作用的开/关中断触发器,它的作用是,是否允许关中断触发器,它的作用是,是否允许CPUCPU接接受中断请求、响应中断。受中断请求、响应中断。中断屏蔽触发器中断屏蔽触发器(MASK)(MASK):通常每个中断源都配有一个中断屏通常每个中断源都配有一个中断屏蔽触发器蔽触发器(MASK)(MASK)。当。当MASKMASK置置1 1时,该中断源的请求被屏蔽,中时,该中断源的请求被屏蔽,中断请求不能进入中断排队逻辑,
15、进行判优断请求不能进入中断排队逻辑,进行判优。当。当MASKMASK置置0 0时,时,该中断请求被允许,经过中断排队判优后,最终送往该中断请求被允许,经过中断排队判优后,最终送往CPUCPU。5 5 5 5、中断响应、中断响应、中断响应、中断响应中断请求经判优后,优先权最高的中断请求中断请求经判优后,优先权最高的中断请求被送往被送往CPUCPU。CPUCPU向中断源发出向中断源发出中中断断响应响应INTAINTA信号信号,并暂停执行当前的程序,而转去执行中断服务程序。并暂停执行当前的程序,而转去执行中断服务程序。中断服务程序基本结构中断服务程序基本结构中断服务程序基本结构中断服务程序基本结构6
16、 6、中断服务、中断服务开中断开中断(STI)保护现场保护现场(PUSH)中断服务中断服务恢复现场恢复现场(POP)关中断关中断中断向量中断向量中断向量中断向量(指针指针指针指针)中断服务程序入口地址,如中断服务程序入口地址,如PCPC机中断向量由两个段、机中断向量由两个段、4 4个字节组成。个字节组成。中断向量地址码中断向量地址码(2 2个字节)个字节)中断类型码中断类型码(2 2个字节)个字节)中断向量表中断向量表中断向量表中断向量表 多个中断向量的集合多个中断向量的集合(中断中断服务程服务程序入口地址表序入口地址表),如图,如图17.10PC17.10PC机的中断向量表。机的中断向量表。
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- 17 主机 外设 数据 传送 方式
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