【文章內(nèi)容簡介】 20/11/4 41 ? 前面三種 I/O方式都需要 CPU作為中介： 兩個含義： 1）軟件：外設與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳送是通過 CPU執(zhí)行程序來完成的（程序控制方式）； 2）硬件： I/O接口和存儲器的讀寫控制信號、地址信號都是由 CPU發(fā)出的（總線由 CPU控制）。 ?缺點：程序的執(zhí)行速度限定了傳送的最大速度（約為幾十 KB/秒） —— 解決： DMA傳輸 外設 CPU 內(nèi)存 2020/11/4 42 直接存儲器存取方式 (DMA) DMA（ Direct Memory Access）意為直接數(shù)據(jù)訪問。它是在內(nèi)存的不同區(qū)域之間，或者在內(nèi)存與外設端口之間 直接進行 數(shù)據(jù)傳送，而 不經(jīng)過 CPU中轉 的一種數(shù)據(jù)傳送方式，可以大大提高數(shù)據(jù)的傳送速度。 2020/11/4 43 (1)DMA方式與其它方式比較 DMA控制器 內(nèi)存 /外設 外設 /內(nèi)存 無需 CPU指令 外設 /內(nèi)存 CPU MOV [XX],AL OUT DX,AL IN AL,DX MOV AL,[XX] 內(nèi)存 /外設 2020/11/4 44 (2)DMA傳輸?shù)奶攸c ? 外設直接與存儲器進行數(shù)據(jù)交換 ， CPU不再擔當數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹薪檎撸? ? 總線由 DMA控制器 （ DMAC） 進行控制（ CPU要放棄總線控制權 ） ， 內(nèi)存 /外設的地址和讀寫控制信號均由 DMAC提供 。 ? 優(yōu)點：數(shù)據(jù)傳輸 由 DMA硬件來控制 ， 數(shù)據(jù)直接在內(nèi)存和外設之間交換 ， 可以達到很高的傳輸速率 （ 可達幾 MB/秒 ） 外設 內(nèi)存 2020/11/4 45 DMA控制器 CPU 外設 由外設向 DMAC發(fā)出 DMA請求 通過 HOLD信號線發(fā)出 DMA請求 通過 HLDA信號線發(fā)出 DMA響應 發(fā)出 DMA應答信號 通過 HOLD信號線撤消 DMA請求 使 HLDA信號無效 與內(nèi)存?zhèn)魉蛿?shù)據(jù)（在 DMA控制器控制下） (3)DMA傳輸?shù)墓ぷ鬟^程 2020/11/4 46 練習 ? 對 I/O端口的編址一般有 方式和 方式 。 PC機采用的是 方式 。 ? 在 PC系列微機中 ， I/O指令采用直接尋址方式的 I/O端口有 個 。 采用 DX間接尋址方式可尋址的 I/O端口有 個 。 ? CPU在執(zhí)行 OUT DX， AL指令時 ， 寄存器的內(nèi)容送到地址總線上 ， 寄存器的內(nèi)容送到數(shù)據(jù)總線上 。 ? 數(shù)據(jù)輸入 /輸出的幾種方式是 、 、和 。 2020/11/4 47 中斷傳送方式 2020/11/4 48 為何計算機中要引入中斷？ ? 提高數(shù)據(jù)傳輸率； ? 避免 CPU不斷檢測外設狀態(tài)，提高 CPU的利用率。 ? 實現(xiàn)對特殊事件的實時響應。 如多任務系統(tǒng)操作系統(tǒng)中： ? 缺頁中斷 ? 設備中斷 ? 各類異常 ? 實時鐘，等 2020/11/4 49 ? 什么是中斷 ? ? 與生活場景的比較 正在看書 電話鈴響 接電話 繼續(xù)看書 事件發(fā)生 事件處理 繼續(xù)執(zhí)行程序 實際場景 執(zhí)行程序 計算機 中斷請求及響應 中斷處理 中斷返回 . 中斷的基本概念 2020/11/4 50 中斷服務程序 發(fā)申請 中斷服務程序 發(fā) 申 請 外 設 ?外設準備數(shù)據(jù)， CPU執(zhí)行程序 ,此時， CPU與外設并行工作； ? 外設準備就緒，向 CPU發(fā)中斷申請， CPU暫停原程序執(zhí)行，響應中斷，進行數(shù)據(jù)傳輸。此時，CPU與外設是串行工作。 中斷傳送方式 2020/11/4 51 斷點 主程序 中斷服務程序 中斷請求 對外設進行處理 返回斷點 CPU在執(zhí)行程序中，被內(nèi)部或外部的事件所打斷，轉去執(zhí)行一段預先安排好的中斷服務程序；服務結束后，又返回原來的斷點，繼續(xù)執(zhí)行原來的程序 . 2020/11/4 52 1000:150H 主程序 、 、 、 MOV AX, 0 ADD AX, DX MOV [ DI ], AX 、 、 、 CPU在執(zhí)行此指令時， 某中斷源發(fā)申請中斷 。 CPU在執(zhí)行完該指令后 ,轉去執(zhí)行中斷子程 . 斷點概念 : PUSH AX 、 、 IRET 斷點 中斷服務程序 2020/11/4 53 中斷源 ? 引起 CPU中斷的事件 —— 中斷源 。 ? 外設 —— 請求輸入輸出數(shù)據(jù) ， 報告故障等 ? 事件 —— 掉電 、 硬件故障 、 軟件錯誤 、 非法操作 、 定時到 ?中斷源分為：外部中斷、內(nèi)部中斷 ?內(nèi)部中斷： CPU內(nèi)部執(zhí)行程序時自身產(chǎn)生的中斷 ?外部中斷： CPU以外的設備、部件產(chǎn)生的中斷 ?8086/8088的外部中斷信號： INTR、 NMI ?INTR—— 可屏蔽中斷請求，高電平有效，受 IF標志的控制。 IF=1時，執(zhí)行完當前指令后 CPU對它作出響應。 ?NMI—— 非屏蔽中斷請求，上升沿有效，任何時候 CPU都要 響應此中斷請求信號。 2020/11/4 54 2. 中斷傳送方式的特點 ? 效率更高的程序傳送方式 ? 中斷服務程序是預先設計好的 ? 中斷請求是隨機的 ? CPU對請求的檢測是有規(guī)律的：一般是在每條指令的最后一個時鐘周期采樣中斷請求輸入引腳 2020/11/4 55 8088的中斷系統(tǒng) ?8088的中斷系統(tǒng)采用向量中斷機制 ?能夠處理 256個中斷，用中斷向量號 0～ 255區(qū)別 ?可屏蔽中斷還需要借助專用中斷控制器 Intel 8259A實現(xiàn)優(yōu)先權管理 ?與中斷有關的控制線為： NMI、 INTR、 INTA* 2020/11/4 56 NMI INTR 中斷 邏輯 軟件中斷指令 溢出中斷 除法錯 單步中斷 非屏蔽中斷請求 中斷控 制器 8259A PIC 8086/8088CPU內(nèi)部邏輯 斷點中斷 n 4 3 0 1 2 可屏蔽中斷請求 2020/11/4 57 外部中斷 ? 是由于 8088外部提出中斷請求引起的 ? 利用外部中斷，微機系統(tǒng)可以實時響應外設的數(shù)據(jù)傳送請求，及時處理外部意外或緊急事件 ? 外部中斷的原因是處理器外部 隨機 產(chǎn)生的，所以是真正的中斷（ Interrupt） ? 內(nèi)部中斷的原因是處理器執(zhí)行程序出現(xiàn)異常，所以經(jīng)常被稱為異常（ Exception） 非屏蔽中斷 —— 中斷類型碼 n＝ 2 可屏蔽中斷 —— 中斷類型碼 n由申請中斷的中斷源提供 2020/11/4 58 ⑴ 非屏蔽中斷 NMI ? 通過非屏蔽中斷請求信號 NMI向微處理器提出的中斷請求 ， 微處理器無法禁止 ， 將在當前指令執(zhí)行結束予以響應 ， 這個中斷被稱為非屏蔽中斷 ? 8088的非屏蔽中斷的向量號為 2 ? 非屏蔽中斷主要用于處理系統(tǒng)的意外或故障。例如： ? 電源掉電前的數(shù)據(jù)保護 ? 存儲器讀寫錯誤的處理 2020/11/4 59 ⑵ 可屏蔽中斷 ? 外部通過可屏蔽中斷請求信號 INTR向微處理器提出的中斷 ， 微處理器在允許可屏蔽中斷的條件下 ， 在當前指令執(zhí)行結束予以響應INTA* ， 同時輸出可屏蔽中斷響應信號 ， 這個中斷就是可屏蔽中斷 IF 控制可屏蔽中斷的響應 ? IF＝ 1，允許中斷； IF＝ 0，禁止中斷。 ? 8088通常需要配合中斷控制器 8259A共同處理可屏蔽中斷 ? 可屏蔽中斷主要用于主機與外設交換數(shù)據(jù) 2020/11/4 60 內(nèi)部中斷 ? 8088內(nèi)部執(zhí)行程序出現(xiàn)異常引起的 ? 利用內(nèi)部中斷 ， 微處理器為用戶提供了發(fā)現(xiàn) 、調(diào)試并解決程序執(zhí)行時異常情況的有效途徑 ? 例如 ， ROMBIOS和 DOS系統(tǒng)利用內(nèi)部中斷為程序員提供了各種功能調(diào)用 內(nèi)部中斷的中斷向量號已定 2020/11/4 61 ⑴ 除法錯中斷 ? 在執(zhí)行除法指令時 ， 若除數(shù)為 0或商超過了寄存器所能表達的范圍 ， 則 CPU會 自動產(chǎn)生 一個向量號為 0的內(nèi)部中斷 ， 稱為除法錯中斷 ? 0號中斷沒有