《计算机组成原理》课程教学课件（PPT电子教案）第三章 CPU子系统（3.5）主机和外部设备的信息交换

第五节主机和外部设备的信息交换 35.1主机和外设的连接方式 1.辐射式 主机 主机 /01/01/0 接口接口 早期:不易扩展 1/0|1/01/0 现在:便于扩展

第五节 主机和外部设备的信息交换 3.5.1 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 I/O I/O I/O 现在：便于扩展

2.总线式 总线 便于扩展 主机接口接口 /0 /0 3通道式 主机 并行能力[通道 提高 通道 1/0|1/0 1/0 1/0

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

35.2信息传送控制方式 1.直接程序传送方式(程序查询) 用1/0指令编程实现信息传送。 (1)外设状态 00启动 01 在接口中设 置状态字表(空闲 工作 示这些状态。 再请求 空闲:调用前,调用完 完成一次 设备不工作; 结束 工作 结束:调用后, 设备完成工作。 10

3.5.2 信息传送控制方式 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 空闲 工作 结束 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 外设工作完成?N 入/出操作 (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0PU效率要求不高的场合,或诊断调试过程

（2）查询流程 启动外设 外设工作完成？ N Y 入/出操作 （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

2中断方式 (1)中断的引入 查询:程序 程序 主机 启动 等待」交换数撮 外设_空闲」工作 中断: 主机、程序程序 程序 启动 请求/中断程序 外设_空闲工作 交换数据 并行操作 (2)中断定义

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

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。 (3)中断流程 =1允许响应中断 CPU內设置允许中断标志 开中断) 0不允许响应中断 开中断 关中断) 启动外设 条指令结束Y 时有中断请求 响应 继续原程序 返回执行中断 N 服务程序 继续原程序

开中断 一条指令结束 时有中断请求？ N Y 继续原程序 （3）中断流程 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)程序组织 例.PG系列机 CLI;关中断,初始化 允许中断位 启动;启动设备 F=0关中断 sT;开中断 1开中断 响应 请求 返回

CLI ； 请求 关中断，初始化 启动；启动设备 响应 返回 例.PC系列机 允许中断位 IF= 0 关中断 1 开中断 STI ；开中断 （4）程序组织

(5)硬件设置 判别设备优先级设备提出请求 响应 判优 请求设备工作完成 逻辑 逻辑 逻辑 CPU响应请求,并转相 非屏蔽 应服务程序入口 屏蔽 GP禁止/允许设没备请求逻辑 (动态改变设备优先级) GPU送屏蔽字 CPU 接口 注意区分CPU对请求的屏蔽和对请求的响应。 (6)应用场合 送屏蔽字开/关中断 用于中、低速/0操作或处理复杂随机事态

（5）硬件设置 响应 逻辑 CPU禁止/允许设备请求 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 (动态改变设备优先级) CPU送屏蔽字 判别设备优先级 设备提出请求 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ODMA方式 (1)定义 直接依靠硬件实现主存与0间的数据传送, 传送期间不需QPU程序干预。 1)10与主存,而不是/0与cPU或10与主机。 2)早期由GPU控制传送; 现在由DMA控制器控制传送,DMA控制器接 管总线权,传送完毕再交还总线权。 3传送期间只要cPU不访存,可并行操作。 4)传送前和传送后需要程序干预

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 控制传送方向 传递请求 操作类型 DMA 中断 请求 初始化信息 /提供主存地址 暂存交换数据 地址计数 数据缓冲 控制传送次数 /提供外设地址 交换量计数 外设寻址 DMA控制器 接口 (3)DMA流程

（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 DMA 中断 请求 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