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  • 常见的io数据的传送方式有
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    2020-03-10 11:21:01

    常用的I/O设备和CPU之间数据传送控制方式有4种,分别为程序直接控制方式中断控制方式DMA方式通道方式

    程序直接控制方式和中断控制方式都只适用于简单的、外设很少的计算机系统,因为程序直接控制方式耗费大量的CPU时间,而且无法检测发现设备或其他硬件产生的错误,设备与CPU、设备与设备只能串行工作。

    中断控制方式虽然在某种程度上解决了上述问题,但由于中断次数多,因而CPU仍需要花费较多的时间处理中断,而且能够并行操作的设备台数也受到中断处理时间的限制,中断次数增多也导致数据丢失。

    DMA方式和通道方式较好地解决了上述问题。这两种方式采用了外设和内存直接交换数据的方式。只有在一段数据传送结束时,才发出中断信号要求CPU做善后处理,从而大大减少了CPU的工作负担。]

    DMA方式与通道控制方式的区别是,DMA方式要求CPU执行设备驱动程序来启动设备,给出存放数据的内存起始地址以及操作方式和传送字节长度等; 而通道控制方式则是在CPU发出I/O启动命令之后,由通道指令来完成这些工作。

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    程序查询方式流程

    在这里插入图片描述
    程序查询方式的核心在于程序每时每刻都要不断查询IO设备是否就绪。
    如果要启动数据交换,还要将程序查询方式的程序流程插入现行程序中:

    保护现场,将寄存器原有内容保护起来;
    交换数据 计数值 N;
    欲传送数据在主存缓冲区 首地址 Add;
    while(N){
    	启动IO设备;
    	不断检查状态标记直到Ready;
    	传送一个数据;
    	Add++;
    	N--或者(-N)++;
    }
    

    接口电路

    在这里插入图片描述
    下面以输出设备为例,看看这个电路是怎么工作的

    • 地址线将设备地址送入设备选择电路,被选中的接口设备选择电路产生SEL信号
    • 命令线将输出命令送入译码器进行译码
    • 在命令信号和SEL信号的共同作用下,D触发器被置0,B触发器被置1,并启动IO工作
    • 数据线将欲输出的数据传入DBR,IO设备从DBR取数据,并执行输出工作
    • IO设备工作结束,发出设备工作结束信号,将D置1,B置0
    • CPU查询到IO设备工作完成,继续执行当前程序的其它指令
    展开全文
  • CPU与I/O设备的数据传送方式

    千次阅读 2021-05-05 17:40:15
    三种数据传送方式2.1 程序查询方式2.2 程序中断方式2.3 DMA控制方式 1. 基本概念 1. I/O接口 计算机工作过程中,CPU要不断地和I/O设备进行信息交换。CPU和主存可以直接进行信息交换;而CPU与I/O设备不可以直接进行...

    1. 基本概念

    1. I/O接口

    计算机工作过程中,CPU要不断地和I/O设备进行信息交换。CPU和主存可以直接进行信息交换;而CPU与I/O设备不可以直接进行信息交换,需要一个中间电路进行传送,这一电路称为I/O接口电路。

    示意图:
    在这里插入图片描述

    2. 三种数据传送方式

    重点介绍中断方式

    2.1 程序查询方式

    1. 含义

    完全通过程序控制主机和外设的信息传送,分为无条件传送和条件传送两种方式。

    2. 无条件传送和条件传送

    无条件传送:

    前提条件:外部控制过程各种动作时间是固定的,而且是已知的,CPU不用查询外设状态可以直接执行输入输出指令。

    特点:

    适用于外设动作时间已知,在CPU与外设进行数据传送时,外设保证已准备好的情况;
    软硬件十分简单。

    条件传送:

    在执行输入或输出前,要先查询相应设备的状态,当输入设备处于准备好状态,输出设备处于空闲状态时,CPU才执行输入/输出指令与外设交换信息。为此,接口电路中既要有数据端口,还要有状态端口。

    特点:

    【优点】
    控制简单,无需额外的硬件支出;
    【缺点】
    CPU和外设之间只能串行工作,而CPU的速度比外设的速度快很多,CPU将花费大量时间都处于等待、空闲状态,使系统效率大大降低。

    2.2 程序中断方式

    1. 含义

    当外设需要与CPU进行信息交换时,由外设向CPU发出请求信号,CPU暂停正在执行的程序,转去执行数据的输入/输出操作,数据传送结束后,CPU再继续执行被暂停的程序。

    示意图:
    在这里插入图片描述
    2. 基本概念

    (1)中断源:

    引起中断的事件,即发出中断请求的来源。

    中断源的种类
    ①外中断:来自处理机外部设备的中断,如定时器等。
    ②内中断:处理器硬件故障或程序出错引起的中断,如算术操作溢出、除数为0、校验错等。
    ③软中断:程序中预先安排的中断,如调试程序设置的断点。

    (2)中断优先权

    多个中断同时发生时,对各个中断响应的优先次序称为中断优先权。

    (3)中断屏蔽

    当产生中断请求后,用程序方式有选择地封锁部分中断,而允许其余中断仍然得到响应,称为中断屏蔽。
    每个中断源设置一个中断屏蔽触发器来屏蔽该设备的中断请求。将该位置1,屏蔽该中断源的请求;为0则响应。

    (4)中断屏蔽字

    通过中断屏蔽字可以重新设定中断优先级。

    【举例】

    设机器有5级中断,L0~L4,其中断的响应优先级为L0最高,L4最低,从左到右依次降低,现要求将中断处理次序改为L1>L3>L0>L4>L2,则可将各中断源屏蔽字设置成
    在这里插入图片描述
    (5)中断处理过程

    中断请求、中断响应、保护现场、执行中断服务子程序、恢复现场、中断返回。

    (6)中断响应条件

    ①外设提出中断申请;
    ②本中断位未被屏蔽;
    ③本中断优先级最高;
    ④ CPU允许中断。

    3. 多重中断处理过程

    原则:当到来的中断优先级高于正在处理的中断时,优先处理新到来的优先级更高的中断。
    【举例】
    在这里插入图片描述

    2.3 DMA控制方式

    含义:

    DMA是指外部设备不通过CPU而直接与系统内存交换数据的接口技术。这样数据的传送速度就取决于存储器和外设的工作速度。
    通常系统总线是由CPU管理的,在DMA方式时,就希望CPU把这些总线让出来,即CPU连到这些总线上的线处于第三态(高阻状态),而由DMA控制器接管,控制传送的字节数,判断DMA是否结束,以及发出DMA结束信号。

    dma彻底解放了cpu与I/O通信的额外负担。
    dma方式下cpu让出了总线(地址总线,数据总线,控制总线),暂时由dma控制器来接管总线,控制器就能直接完成i/o设备与主存的数据交换。
    如果恰好cpu此时需要访问主存,那它不得不暂停一个存储周期(不是指令周期),如果只需要访问寄存器或者cache,那cpu就不会有任何停顿。

    三种方式CPU效率比较

    在这里插入图片描述

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    程序方式
    指用输入/输出指令,来控制信息传输的方式,是一种软件控制方式,根据程序控制的方法不同,又可以分为无条件传送方式和条件传送方式。


    无条件传送方式

    接口简单,适用于那些能随时读写的设备。条件传送方式(查询方式) 的

    特点是接口电路简单,CPU利用率低(程序循环等待),接口需向CPU提供查询状态。

    适用于CPU不太忙,传送速度要求不高的场合。要求各种外设不能同时工作,外设处于被动状态。


    中断方式:
    当外设准备好时,由外设通过接口电路向CPU发出中断请求信号,CPU在允许的情况下,暂停执行当前正在执行的程序,响应外设中断,转入执行相应的中断服务子程序,与外设进行一次数据传送,数据传送结束后,CPU返回继续执行原来被中断的程序。

    特点是CPU的利用率高,外设具有申请CPU中断的主动权, CPU和外设之间处于并行工作状态。但中断服务需要保护断点和恢复断点(占用存储空间,降低速度), CPU和外设之间需要中断控制器。

    适用于CPU的任务较忙、传送速度要求不高的场合,尤其适合实时控制中的紧急事件处理。


    存储器直接存取方式(DMA)
    外设利用专用的接口(DMA控制器)直接与存储器进行高速数据传送,并不经过CPU(CPU不参与数据传送工作),总线控制权不在CPU处,而由DMA 控制器控制。

    特点是接口电路复杂,硬件开销大。大批量数据传送速度极快。

    适用于存储器与存储器之间、存储器与外设之间的大批量数据传送的场合

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