1、第三节 主机和外部设备的信息交换,2.3.1 主机和外设的连接方式,1.辐射式,主机,I/O,I/O,I/O,早期：不易扩展,主机,接口,接口,现在：便于扩展,2.总线式,主机,接口,接口,I/O,I/O,I/O,便于扩展,总线,3.通道式,主机,通道,通道,I/O,I/O,I/O,并行能力提高,2.3.2 信息交换控制方式,1.直接程序传送方式,用I/O指令编程实现信息传送。,（程序查询）,（1）外设状态,启动,完成一次工作,调用完,再请求,00,01,10,空闲：调用前，设备不工作；,结束：调用后，设备完成工作。,在接口中设置状态字表示这些状态。,（2）查询流程,启动外设,N,Y,入/出操
2、作,（3）优缺点,硬件开销小；,实时处理能力差,并行程度低。,（4）应用场合,对CPU效率要求不高的场合，,或诊断、,调试过程。,（1）立即传送方式,不关心外设的状态，程序需要输入/输出时直接使用I/O指令对指定外设进行输入/输出。,（2）程序查询方式,主机与外设间传送数据时，CPU工作在一种“查询等待”状态，直到外设准备好才执行一次I/O操作。,2.中断方式,查询：,（1）中断的引入,程序,并行操作,主机,外设,空闲,启动,等待,工作,程序,交换数据,中断：,主机,程序,外设,空闲,启动,工作,程序,请求,中断程序,交换数据,程序,（2）中断定义,开中断,N,Y,继续原程序,（3）中断流程,
3、CPU内设置允许中断标志,CPU暂时中止现行程序的执行，转去执行为某个随机事态服务的中断处理程序。处理完毕后自动恢复原程序的执行。,=1 允许响应中断,（开中断）,=0 不允许响应中断,（关中断）,启动外设,执行中断服务程序,继续原程序,响应,返回,（4）程序安排,例1.DJS-100系列机,允许中断触发器INT=,0 关中断,1 开中断,NIOS CPU ；,开中断,NIOS 设备码；,启动设备,响应,返回,CLI ；,关中断，初始化,启动；,启动设备,响应,返回,例2.PC系列机,允许中断位IF=,0 关中断,1 开中断,STI ；,开中断,（5）硬件设置,响应逻辑,CPU禁止/允许设备请
4、求,设备工作完成,（6）应用场合,用于中、低速I/O操作或处理复杂随机事态。,判优逻辑,请求逻辑,屏蔽逻辑,非屏蔽,CPU送屏蔽字,(动态改变设备优先级),设备提出请求,判别设备优先级,CPU响应请求，并转相应服务程序入口,CPU,接口,注意区分CPU对请求的屏蔽和对请求的响应。,送屏蔽字,开/关中断,3.直接存储器存取(DMA)方式,（1）定义,DMA控制器接,直接依靠硬件实现主存与I/O间的数据传送，传送期间不需CPU程序干预。,1)I/O与主存，而不是I/O与CPU或I/O与主机。,2)早期由CPU控制传送； 现在由DMA控制器控制传送，,管总线权，,传送完毕再交还总线权。,3)传送期间
5、只要CPU不访存，可并行操作。,4)传送前和传送后需要程序干预。,（2）硬件设置,操作类型,地址计数,控制传送方向,DMA控制器,接口,提供主存地址,交换量计数,控制传送次数,数据缓冲,传递请求,暂存交换数据,外设寻址,提供外设地址,初始化信息,（3）DMA流程,启动外设,N,Y,继续程序,传送操作类型、主存首址、交换量、外设寻址信息,一次DMA传送,地址+1 交换量-1,中断处理,Y,N,Y,申请中断,N,N,a,a,成组方式,单字方式,b,b,c,c,响应,a,主程序实现初始化。,三个阶段：,程序准备：DMA传送：善后处理：,（4）应用场合,用于高速、简单、批量数据传送。,硬件实现M,I/O。,中断处理程序判断传送的正误。,DMA与中断的相同点：,能响应随机请求；可并行操作。,DMA与中断的不同点：,中断：用程序实现中、低速I/O传送；能处理复杂,一条指令结束时响应请求。,事态；,DMA：用硬件实现高速、简单I/O传送；一个总线,周期结束时响应请求。,程序切换,总线权切换,4.通道控制方式,通过通道控制多台外设与主存直接交换信息。,CPU的操作可以与通道的输入/输出操作并行，而且通道可以同时控制多台外设同时工作，不需CPU干预。因此，可使系统效率得到提高。,
