【正文】 預(yù)處理 ： 主存起始地址 設(shè)備地址 傳送數(shù)據(jù)個數(shù) 啟動設(shè)備 DMA DMA DMA 數(shù)據(jù)傳送 ： 繼續(xù)執(zhí)行主程序 同時完成一批數(shù)據(jù)傳送 后處理 ： 中斷服務(wù)程序 做 DMA 結(jié)束處理 繼續(xù)執(zhí)行主程序 CPU DMA 傳送過程示意 允許傳送？ 主存地址送總線 數(shù)據(jù)送 I/O設(shè)備（或主存 ） 主存地址 加 1 傳送個數(shù) 減 1 數(shù)據(jù)塊 傳送結(jié)束？ 向 CPU申請 程序中斷 DMA請求 否 否 是 是 數(shù)據(jù)傳送 。 數(shù)據(jù)傳送 ： 在 DMA卡控制下自動完成，準(zhǔn)備好一個數(shù)據(jù)，取得總線控制權(quán)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，修改卡上主存地址，修改字?jǐn)?shù)計數(shù)器內(nèi)容且檢查其值是否為 0，不為 0則繼續(xù)傳送，若已為 0則結(jié)束本次數(shù)據(jù)傳送過程。 中斷機(jī)構(gòu) ，與通用接口中的中斷邏輯電路的組成完全相同，中斷請求發(fā)生在數(shù)據(jù)數(shù)量計數(shù)器計數(shù)到０值的時刻，用于向 CPU報告本組數(shù)據(jù)傳送完成，并等待新的傳送命令。 DMA控制器組成部分介紹 DMA請求線路 ，接收并記憶設(shè)備送來的請求數(shù)據(jù)傳送的 DMA請求信號，然后向 CPU 發(fā)出總線占用請求信號， CPU接到這一請求信號并響應(yīng)后，送回回答信號， DMA的控制 /狀態(tài)邏輯接到這一回答信號，就取得了總線的使用權(quán)，啟動數(shù)據(jù)傳送。 數(shù)據(jù)數(shù)量計數(shù)器 ， 存放傳送數(shù)據(jù)的數(shù)量，由CPU寫入其初值，以后每傳送一個字，該計數(shù)器減１，當(dāng)計數(shù)到０時，表示這批數(shù)據(jù)傳送完畢，此時 DMA應(yīng)向 CPU發(fā)中斷請求信號。 DMA卡 通常包括一般通用可編程接口卡的全部組成部分，例如 設(shè)備識別邏輯 ， 控制 /狀態(tài)邏輯 ，數(shù)據(jù)緩沖電路 ， 中斷機(jī)構(gòu) 等，又要多出其他幾個組成部分，例如 主存地址計數(shù)器 ， 數(shù)據(jù)數(shù)量計數(shù)器 ， DMA請求線路 等。 DMA控制器（ DMA卡） DMA卡 是插接在總線插槽上的一塊邏輯線路板，它的一端通過總線與計算機(jī)主存儲器連接，另外一端通過電纜與高速設(shè)備連接。 –周期挪用方式：在 DMA占用總線周期傳送一個字的期間，如果 CPU在此期間并不使用總線，它就繼續(xù)執(zhí)行指令，二者均可運(yùn)行，互不干涉，若 CPU也要使用總線，則發(fā)生了爭用總線的矛盾，此時 CPU要讓出一個總線周期先給 DMA使用，然后自己才能得到總線使用權(quán)并繼續(xù)運(yùn)行。 工作方式 –獨占總線方式：從傳送第一個字開始直到這批數(shù)據(jù)傳輸完成的整個過程， DMA都把住總線不放，使總線只為本 DMA使用。在中斷服務(wù)程序中用于檢查輸出字符個數(shù)的寄存器各不相同，以避免中斷嵌套過程中彼此干擾。 主程序： A2150 A2021 PUSH R0 2 個寄存器的入棧出棧操 * EI (6E00) PUSH R13 作是為了避免不同優(yōu)先級 MVRD R0,4D MVRD R13,0FFF 中斷嵌套過程中彼此干擾 OUT 80 DEC R13 CALA 2150 JRNZ 2154 JR 2021 POP R13 RET POP R0 RET A2120（ 2130， 2140） 3 個中斷服務(wù)程序入口各 不相同，并使用不同的寄 A2104 * EI (6E00) 存器檢查輸出的字符個數(shù) JR 2120 PUSH R0 A2108 MVRD R7， 50 （ R8， R9） JR 2130 MVRD R0, 31 (32,33) A210C OUT 80 前面帶 * 號的語句屬于 JR 2140 CALA 2150 擴(kuò)展指令，只能用 E命 DEC R7 （ R8， R9） 令輸入指令碼 JRNZ 2124（ 2134， 2144） POP R0 * IRET (EF00) 3 級嵌套的中斷實驗 ：主程序連續(xù)輸出字符‘ M’ ,不同優(yōu)先級的中斷服務(wù)程序連續(xù)輸出 50h 個對應(yīng)的的數(shù)字符。 – 另外一種是中斷向量法，由每個中斷源直接提供中斷向量，用這一中中斷向量為地址到中斷向量表中取出中斷服務(wù)程序的入口地址。當(dāng)中斷源數(shù)量很多時，中斷字也就很長； ? 為了管理方便，通常把所有中斷按不同類別、性質(zhì)取分為若干個中斷優(yōu)先級，每個中斷優(yōu)先級中安排多個中斷源，在確定中斷優(yōu)先次序時，先查最高中斷優(yōu)先級，再到這一中斷優(yōu)先級中找出中斷優(yōu)先次序最高的中斷源。 –如果 CPU正在處理優(yōu)先級低的一個中斷，又來了優(yōu)先級更高的一個中斷請求，則停止低優(yōu)先級的中斷處理過程，以便及時響應(yīng)更高優(yōu)先級的中斷請求，在該高優(yōu)先級中斷處理完成之后，接下來再繼續(xù)處理低優(yōu)先級的中斷，在該低優(yōu)先級中斷處理完成之后，返回去接著執(zhí)行主程序。在有多個中斷請求時，首先響應(yīng)與處理優(yōu)先級最高的一個中斷請求。 禁止中斷 – 如果由于某種原因，在很短一小段時間內(nèi)，不允許 CPU接收任何一個中斷請求（ 禁止中斷 ），通常是在 CPU內(nèi)部設(shè)置一個“ 中斷允許 ”觸發(fā)器，只有該觸發(fā)器被置為“１”狀態(tài) ,才允許 CPU響應(yīng)中斷請求，該觸發(fā)器被置為“ 0”狀態(tài)，則禁止 CPU響應(yīng)中斷請求； – 指令系統(tǒng)中，要給出“開中斷”指令（置“１”中斷允許觸發(fā)器）和“關(guān)中斷”指令（清“０”中斷允許觸發(fā)器）。實現(xiàn)方法是為每個中斷源設(shè)置一個 中斷屏蔽觸發(fā)器 來屏蔽設(shè)備的中斷請求。每個中斷源有一個中斷觸發(fā)器，全機(jī)的多個中斷觸發(fā)器構(gòu)成中斷寄存器。 – 軟件中斷是嚴(yán)格的與程序運(yùn)行過程同步的，而硬件中斷則是隨機(jī)發(fā)生的。 程序中斷輸入輸出方式 中斷的概念 – 是由 I/O設(shè)備或其他非預(yù)期的急需處理的事件引起的，它使 CPU暫時中斷現(xiàn)在正在執(zhí)行的程序，而轉(zhuǎn)至另一服務(wù)程序去處理這些事件，處理完成后再返回原程序 中斷的作用 – CPU 與 I/O 設(shè)備并行工作 – 硬件故障報警與處理 – 實現(xiàn)人機(jī)交互聯(lián)系 – 實現(xiàn)多道程序分時運(yùn)行 – 實現(xiàn)過程控制實時處理 中斷服務(wù)程序 中斷服務(wù)程序 入口 1 入口 2 1 2 … K K+1 Q Q+1 … … 中斷服務(wù)程序 中斷服務(wù)程序 中斷的概念 IO中斷產(chǎn)生：以打印機(jī)為例 發(fā)中斷請求 空閑 接收 數(shù)據(jù) 接收 數(shù)據(jù) 準(zhǔn)備 發(fā)中斷請求 打印 打印 打印機(jī) 執(zhí)行主程序 繼續(xù)執(zhí)行主程序 繼續(xù)執(zhí)行主程序 響應(yīng)中斷 中斷返回 響應(yīng)中斷 中斷返回 啟動 打印機(jī) 傳送 數(shù)據(jù) 傳送 數(shù)據(jù) CPU CPU 與打印機(jī)并行工作 程序中斷輸入輸出方式 中斷源 – 能引起中斷的事件或能發(fā)出中斷請求的設(shè)備 中斷源分類 – 硬件中斷 ：由各種輸入 /輸出設(shè)備、一些接口卡等引起的中斷被稱為 外（部）中斷 ，而由處理機(jī)硬件故障、程序運(yùn)行出錯等引起的中斷被稱為 內(nèi)（部）中斷 ，例如非法指令、算術(shù)運(yùn)算溢出、校驗錯、電源故障等都會產(chǎn)生內(nèi)中斷。 通道功能 – 根據(jù) CPU要求選擇某一指定外設(shè)與系統(tǒng)相連，向該外設(shè)發(fā)出操作命令，進(jìn)行初始化 – 指出外設(shè)讀 /寫信息的位置以及與外設(shè)交換信息的主存緩沖區(qū)地址 – 控制外設(shè)與主存之間的數(shù)據(jù)交換 – 指定數(shù)據(jù)傳送結(jié)束時的操作內(nèi)容，檢查外設(shè)狀態(tài) 外圍處理機(jī)方式 主要用途 – 主要應(yīng)用于大型高性能計算機(jī)系統(tǒng)中，使用微小型通用計算機(jī)協(xié)助主處理機(jī)完成輸入輸出操作。 I/O通道控制方式 基本概念 – I/O通道是計算機(jī)系統(tǒng)中代替 CPU管理控制外設(shè)的獨立部件，是一種能執(zhí)行有限 I/O 指令集合 —— 通道命令的 I/O 處理機(jī)。 從共同使用總線的角度看， DMA和 CPU成為競爭對手關(guān)系。 直接存儲器存取方式 主要應(yīng)用于快速外圍設(shè)備和主存儲器進(jìn)行快速成批交換數(shù)據(jù)的場合。 工作特點 – 系統(tǒng)在啟動外設(shè)后到數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完成這段時間內(nèi) CPU一直在執(zhí)行程序，而不是處于等待狀態(tài)，一定程度上實現(xiàn)了 CPU與外設(shè)的并行工作。 常用的控制方式 – 程序直接控制方式 – 程序中斷傳送方式 – 直接存儲器存取方式 – I/O通道控制方式 – 外圍處理機(jī)方式 程序直接控制方式 基本概念 – 用戶程序直接使用 I/O 指令完成輸入輸出操作，由CPU查詢設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)來控制數(shù)據(jù)傳送過程 控制過程 – 開始傳送數(shù)據(jù)前 CPU檢測設(shè)備是否準(zhǔn)備好（通過讀取接口中的狀態(tài)寄存器內(nèi)容實現(xiàn)），若設(shè)備已經(jīng)準(zhǔn)備好則啟動這次傳送；若沒有準(zhǔn)備好，則重復(fù)檢測設(shè)備 存在問題 – 缺點是嚴(yán)重影響系統(tǒng)性能， CPU與外設(shè)只能串行工作，CPU資源浪費，降低系統(tǒng)效率 – 如果設(shè)備出現(xiàn)故障， CPU無法獲取正確的設(shè)備狀態(tài)信息，則計算機(jī)將可能進(jìn)入“死機(jī)”局面 程序直接控制方式 讀外設(shè)狀態(tài) 完成 ? Y Y N N R ea dy ? 傳送數(shù)據(jù) 啟動外設(shè) CPU 處 理 過 程 程序直接控制方式 A 2021 2021: MVRD R2, 000A MVRD R0, 0030 2021: OUT 80 DEC R2 JRZ 200E PUSH R0 2021: IN 81 SHR R0 JRNC 2021 POP R0 INC R0 JR 2021 200E: RET CPU方 ： 往接口送出要輸出的字符 查詢接口狀態(tài)（循環(huán)等待） 直到外設(shè)已經(jīng)輸出該字符 輸出下一個字符 外設(shè)方 ： 接收接