以下关于中断方式与DMA方式的叙述中，正确的是（）。

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第2题

知识点： CPU与外设之间的数据传送方式 DM DMA方式中断中断方式

章/节：计算机硬件基础知识

A. 中断方式与DMA方式都可实现外设与CPU之间的并行在工作

B. 程序中断方式和DMA方式在数据传输过程中都不需要CPU的干预

C. 采用DMA方式传输数据的速度比程序中断方式的速度慢

D. 程序中断方式和DMA方式都不需要CPU保护现场

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第4题 2013年上半年

43%

DMA工作方式下，在（4）之间建立了直接的数据通路。

第6题 2020年下半年

28%

中断向量提供（）。

第3题 2013年上半年

54%

为了便于实现多级中断嵌套，使用（3）来保护断点和现场最有效。


知识点讲解
· CPU与外设之间的数据传送方式 · DM · DMA方式 · 中断 · 中断方式

CPU与外设之间的数据传送方式

CPU与外设之间的数据传送方式有以下几种。

（1）直接程序控制。这种方式是指在完成数据的输入输出中，整个数据输出过程是在CPU执行程序的控制下完成的。这种方式还可以分为以下几种。

①无条件传送方式。无条件地与CPU交换数据。

②程序查询方式。先通过CPU查询外设状态，准备好之后再与CPU交换数据。程序查询方式有两大缺点。降低了CPU的效率；对外部的突发事件无法作出实时响应。优点在于这种思想很容易理解，同时实现这种方式工作也很容易。

（2）中断控制。这种方式利用中断机制，当I/O系统外设交换数据时，CPU无须等待，也不必查询I/O状态即可以抽身出来处理其他任务，因此提高了系统效率。

中断处理方法有多中断信号线法、中断软件查询法、菊花链法、总线仲裁法及中断向量表法。

（3）中断优先级控制。这种方式分两种情况。当不同优先级的多个中断源同时提出中断请求时，CPU应优先响应优先级最高的中断源。当CPU正在对某一个中断源服务时，又有比它优先级更高的中断源提出中断请求，CPU应能暂时中断正在执行的中断服务程序而转去对优先级更高的中断源服务，服务结束后再回到原先被中断的优先级较低的中断服务程序继续执行。这种情况称为中断嵌套，即一个中断服务程序中嵌套着另一个中断服务程序。

（4）直接存取方式。这种方式是在存储器与I/O设备间直接传送数据，即在内存与I/O设备之间传送一个数据块的过程中，不需要CPU的任何干涉，是一种完全由DMA硬件完成I/O操作的方式。

DM（Delta Modulation）即增量调制，又称ΔM调制，是最简单的有损预测编码方法，早期在数字电话中被采用，是一种最简单的差值脉冲编码。实际的采样信号与预测的采样信号的差的极性若为正，则用1表示，反之则用0表示。由于DM编码只用1位对声音信号进行编码，所以DM系统又称1位系统。

DMA方式

在计算机与外设交换数据的过程中，无论是无条件传送、利用查询方式传送还是利用中断方式传送，都需要由CPU通过执行程序来实现，这就限制了数据的传送速度。

直接内存存取（Direct Memory Access，DMA）是指数据在内存与I/O设备间的直接成块传送，即在内存与I/O设备间传送一个数据块的过程中，不需要CPU的任何干涉，只需要CPU在过程开始启动（即向设备发出“传送一块数据”的命令）与过程结束（CPU通过轮询或中断得知过程是否结束和下次操作是否准备就绪）时的处理，实际操作由DMA硬件直接执行完成，CPU在此传送过程中可做别的事情。

DMA传送的一般过程如下图所示。

DMA过程示意图

（1）外设向DMA控制器（DMAC）提出DMA传送的请求。

（2）DMA控制器向CPU提出请求，其请求信号通常加到CPU的保持请求输入端HOLD上。

（3）CPU在完成当前的总线周期后立即对此请求作出响应，CPU的响应包括两个方面的内容：一方面，CPU将有效的保持响应信号HLDA输出加到DMAC上，告诉DMAC它的请求已得到响应；另一方面，CPU将其输出的总线信号置为高阻，这就意味着CPU放弃了对总线的控制权。

（4）此时，DMAC获得了对系统总线的控制权，开始实施对系统总线的控制。同时向提出请求的外设送出DMAC的响应信号，告诉外设其请求已得到响应，现在准备开始进行数据的传送。

（5）DMAC送出地址信号和控制信号，实现数据的高速传送。

（6）当DMAC将规定的字节数传送完时，它就将HOLD信号变为无效并加到CPU上，撤销对CPU的请求。CPU检测到无效的HOLD就知道DMAC已传送结束，CPU就送出无效的HLDA响应信号，同时重新获得系统总线的控制权，接着DMA前的总线周期继续执行下面的总线周期。

在此再强调说明，在DMA传送过程中无须CPU的干预，整个系统总线完全交给了DMAC，由它控制系统总线完成数据传送。在DMA传送数据时要占用系统总线，根据占用总线方法的不同，DMA可以分为中央处理器停止法、总线周期分时法和总线周期挪用法等。无论采用哪种方法，在DMA传送数据期间，CPU不能使用总线。

中断

中断是异步发生的，是来自处理器外部的I/O设备的信号的结果。硬件中断不是由任何一条专门的指令造成的，从这个意义上来说它是异步的。硬件中断的异常处理程序常常被称为中断处理程序（interrupt handler）。

硬中断与软中断

硬中断是由硬件产生的，例如磁盘、网卡、键盘、时钟等。每个设备或设备集都有它自己的IRQ（中断请求）。基于IRQ，CPU可以将相应的请求分发到对应的硬件驱动上。

软中断是一组静态定义的下半部分接口，可以在所有的处理器上同时执行，即使两个类型相同也可以。但是一个软中断不会抢占另外的一个软中断，唯一可以抢占软中断的是硬中断。

可屏蔽中断与不可屏蔽中断

可屏蔽中断和不可屏蔽中断都属于外部中断，是由外部中断源引起的。不可屏蔽中断源一旦提出请求，CPU必须无条件响应，而对可屏蔽中断源的请求，CPU可以响应，也可以不响应。

CPU一般设置两根中断请求输入线：可屏蔽中断请求INTR（Interrupt Require）和不可屏蔽中断请求NMI（Non Maskable Interrupt）。对于可屏蔽中断，除了受本身的屏蔽位控制外，还都要受一个总的控制，即CPU标志寄存器中的中断允许标志位IF（Interrupt Flag）的控制，IF位为1，可以得到CPU的响应，否则，得不到响应。IF位可以由用户控制，指令STI或Turbo C的Enable（）函数，将IF位置1（开中断），指令CLI或Turbo_c的Disable（）函数，将IF位清0（关中断）。

中断优先级

当多个中断源同时请求中断时，而CPU一次只能响应其中的一个中断，同时为了能响应所有中断，就引入中断优先级来处理。系统会根据引起中断事件的重要性和紧迫程度，将中断源分为若干个级别，称作中断优先级。中断优先级有两种：查询优先级和执行优先级。

查询优先级是不可以更改和设置的，在该方式下当多个中断源同时产生中断信号时，中断仲裁器会选择中断源优先处理的顺序，此过程与是否发生中断服务程序的嵌套毫不相干。当CPU查询各个中断标志位的时候，会依照优先级顺序依次查询，当数个中断同时请求的时候，会优先查询到高查询优先级的中断标志位，但并不代表高查询优先级的中断可以打断已经并且正在执行的低查询优先级的中断服务。

由于可屏蔽的中断源很多，故需要对其进行管理，如区分是哪个中断源发出的中断信号？哪个中断源最优先及怎样处理多级中断嵌套等。为此，可使用中断控制器对多个可屏蔽中断源进行管理。

中断控制器能够对中断进行排队管理，避免中断信号的丢失，同时支持对不同中断进行优先级的配置，使高优先级中断能够中断低优先级中断，满足系统中具有更高时间约束特性功能的需要。

中断嵌套

当处理器正在处理一个中断时，有比该中断优先级高的中断源发出中断请求时，如果处理器正在执行中断处理程序，那么处理器会对高优先级的中断进行立即处理，处理完之后再返回到低优先级的中断服务程序继续执行。这样就形成了中断服务程序中套用中断服务程序的情况，即中断嵌套。可嵌套中断的处理流程和中断服务框图如下图所示。

可嵌套中断处理流程

中断方式

在中断方式下，I/O设备工作时CPU不再等待，而是进行其他的操作，当I/O设备完成后，通过一个硬件中断信号通知CPU，CPU再来处理接下来的工作。

利用中断方式完成数据的输入／输出过程为：当系统与外设交换数据时，CPU无须等待也不必去查询I/O设备的状态，而是处理其他任务。当I/O设备准备好以后，就发出中断请求信号通知CPU，CPU接到中断请求信号后，保存正在执行程序的现场，转入I/O中断服务程序的执行，完成与I/O系统的数据交换，然后再返回被打断的程序继续执行。与程序控制方式相比，中断方式因为CPU无须等待而提高了效率。

在系统中具有多个中断源的情况下，常用的处理方法有多中断信号线法（multiple interrupt lines）、中断软件查询法（software poll）、菊花链法（daisy chain）、总线仲裁法和中断向量表法。

（1）多中断信号线法。每个中断源都有属于自己的一根中断请求信号线向CPU提出中断请求。

（2）中断软件查询法。当CPU检测到一个中断请求信号以后，即转入到中断服务程序去轮询每个中断源以确定是谁发出了中断请求信号。对各个设备的响应优先级由软件设定。

（3）菊花链法。软件查询的缺陷在于花费的时间太多。菊花链法实际上是一种硬件查询法。所有的I/O模块共享一根共同的中断请求线，而中断确认信号则以链式在各模块间相连。当CPU检测到中断请求信号时，则发出中断确认信号。中断确认信号依次在I/O模块间传递，直到发出请求的模块，该模块则把它的ID送往数据线由CPU读取。

（4）总线仲裁法。一个I/O设备在发出中断请求之前，必须先获得总线控制权，所以可由总线仲裁机制来裁定谁可以发出中断请求信号。当CPU发出中断响应信号后，该设备即把自己的ID发往数据线。

（5）中断向量表法。中断向量表用来保存各个中断源的中断服务程序的入口地址。当外设发出中断请求信号（INTR）以后，由中断控制器（INTC）确定其中断号，并根据中断号查找中断向量表来取得其中断服务程序的入口地址，同时INTC把中断请求信号提交给CPU，如下图所示。中断源的优先级由INTC来控制。

中断向量表法

在具有多个中断源的计算机系统中，各中断源对服务的要求紧迫程度可能不同。在这样的计算机系统中，就需要按中断源的轻重缓急来安排对它们的服务。

在中断优先级控制系统中，给最紧迫的中断源分配高的优先级，而给那些要求相对不紧迫（例如几百微秒到几毫秒）的中断源分配低一些的优先级。在进行优先级控制时解决以下两种情况。

（1）当不同优先级的多个中断源同时提出中断请求时，CPU应优先响应优先级最高的中断源。

（2）当CPU正在对某一个中断源服务时，又有比它优先级更高的中断源提出中断请求，CPU应能暂时中断正在执行的中断服务程序而转去对优先级更高的中断源服务，服务结束后再回到原先被中断的优先级较低的中断服务程序继续执行，这种情况称为中断嵌套，即一个中断服务程序中嵌套着另一个中断服务程序。

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