CPU与外设之间交换数据的方式
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答错率:    27%
知识难度:
考试要求: 了解     
知识路径:  > 计算机系统基础知识  > 硬件基础知识  > I/O 接口、I/O 设备和通信设备


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       1)直接程序控制
       .程序查询方式:在这种方式下,CPU通过执行程序查询外设的状态,判断外设是否准备好进行数据传送。程序查询方式的传输过程如下图所示。
       
       程序查询方式的传输过程
       .立即程序传送方式:在这种方式下,I/O接口总是准备好接收来自主机的数据,或
       随时准备向主机输入数据,CPU无须查看接口的状态,就执行输入/输出指令进行数据传送。这种方式又称为无条件传送或同步传送。
       2)中断方式
       中断是在发生了一个外部事件时调用相应的处理程序(或称服务程序)的过程。中断服务程序与中断时CPU正在运行的程序是相互独立的,相互不传递数据。
       中断处理中要解决以下问题。
       .中断处理程序入口地址的形成(称为中断响应过程):由硬件中断机构根据中断源引出中断向量表,其步骤是:关中断(屏蔽中断)→保存现场→识别中断→形成服务程序入口地址→执行服务程序→恢复现场→开中断。
       .中断屏蔽:由硬件中断屏蔽寄存器实现多重中断(中断嵌套),即中断服务程序也可以被中断。多重中断的过程如下图所示。
       
       中断嵌套示意图
       实现中断屏蔽的方法有以下两种。
       .在CPU内设置一个中断屏蔽寄存器,通过指令设置该寄存器关(或开),用以屏蔽(或不屏蔽)对外部所有的中断请求,常在保存(或恢复)现场时使用。
       .采用中断屏蔽寄存器,每位对应一个中断源,用软件灵活地设置屏蔽寄存器的内容就可改变优先级,其原理如下图所示。
       
       中断屏蔽的原理
       中断的类型分为以下三种。
       .内部中断(异常处理):算术操作异常、非法指令、越权指令。
       .外部中断(可屏蔽,不可屏蔽):键盘、鼠标、电源。
       .软件中断:系统功能调用。
       3)DMA方式
       目的:减少大批量数据传输时CPU的开销。
       方法:采用专用部件生成访存地址并控制访存过程。
       传输过程:预处理,数据传输,后处理。
       DMA方式用于高速外围设备与内存之间批量数据的传输,其使用一个专门的DMA控制器来完成内存与设备之间的直接数据传送,而不用CPU干预。当本次DMA传送的数据全部完成时,才产生中断,请求CPU进行结束处理。DMA控制器与其他部件的关系如下1图所示。其控制流程如下2图所示。
       
       DMA控制器与其他部件的关系
       
       DMA控制器的控制流程
       因为CPU与DMA都要访问内存,所以会出现访存冲突,一般有以下解决方法。
       .CPU等待DMA。
       .DMA在存储器空闲时访问存储器(周期挪用)。
       .CPU与DMA交替访问存储器(透明方式)。
       4)通道方式
       通道是一个用来控制外围设备工作的专用处理机。它对外围设备实现统一管理,代替CPU对I/O操作进行控制,从而使I/O操作可以与CPU并行工作。通道是实现计算和传输并行的基础,通道的应用可以提高整个系统的效率。
       通道的类型包括:选择通道、数组多路通道、字节多路通道。
       通道的功能包括:接受CPU的指令;读取并执行通道程序;控制数据传送;读取外设的状态信息,提供给CPU;发出中断请求。
 

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