29.第29节课第七章输入输出系统

罗泽兵 · 发表于 2024-4-15 09:12:46

才返回了，我们中断服务程序二返回完中断服务程序二之后又返回了中断服务程序一执行完这些一系列的操作之后才返回了，我们主程序执行了下一条指令。就是k+1啊k+1这条指令就k+1条指令。这个过程我们在中断程序当中又嵌入了相应的中断程序，成为一个多中断啊，多重中断，多重中断，成为一个多重中断。然后我们在执行q条指令的时候，进入了我们的入口四啊，执行我们中断服务程序四啊，执行完中断服务程序四之后，返回主程序执行我们的。DQ+1条指令，

这个是我们的单纯动脉，单动脉嗯。这是我们的单绒卵啊，还有我们的多层绒卵。交通中断又称为内嵌中断。单层中断啊，他是不允许中断线行的，中断不允许中断嗯，不允许中断线行的中断服务程序就是我们不允许我们这个中断服务。程序四可能是不允许被中断的嗯，不允许中断，我们现行的这个中断服务程序啊，执行完它之后，然后直接返回主权去执行下一条指令。嗯，

多层中断的话，它是允许级别更高的中断员中断，我们现行的程序啊，现行的中断服务程序啊，进行了一个内嵌。也称为内嵌中断，多重中断，这是我们的单重中断和多重中断的一个区别。在中断处理的过程当中，分为单重中断和多重中断。那么，我们来看一下单层中断和多层中断的一个服务流程啊，单在单层中断当中，我们进行一个区指令执行，指令判断是否中断，

然后再进入中断引指令阶段，也就是中断周期。它的功能就中断响应程序，断点进站和关众站相应的地址给PC，然后进行一个保护，现场进行一个进行到我们中断服务程序阶段，保护现场设备服务。恢复显程，然后开通了注册返回。在多种中段当中嗯，它的那个中段已经指定阶段，也就是中段周期，这个是一样的，但是在中段服务程序当中会出现了些样的区别啊。保护现场之后，

然后进行开工段，然后进行设设备服务，恢复现场中断返回嗯，这是我们单层中断和多层中断的服务流程的一个对比。那我们继续往下看一下。它的一个嗯，具体的对比状态啊，我刚刚说到了在中段引指连阶段上面的内容是一样的，进行一个关中段。保存断点送中断向量啊，然后在中断服务阶段的话，嗯，单层中断是完成保护现场执行中断服务，恢复现场。进行一个开通了，

然后再中断返回，在多重中断，咱们多重中断当中啊，保护现场和或者是平和平立字，然后再进行一行开通了，因为它需要进入下一条中断程序，所以要开通了。然后恢复现场和屏蔽字，然后再进行呃，最近这里是观众的啊，然后恢复现场和屏蔽字，然后再进行开通的，然后进行一个中断返回。这是单层中断和多层中断的一个对比，这是我们中断处理过程嗯，

过程的内容，以上就是我们讲到的中断嗯，程序中断的方式，那我们进行一个相应的总结。程序中断的作用有哪些呢啊？有以下七个作用，第一个是实现了CPU与IO设备的一个并行工作。第二个，它是处理硬件故障和软件故的故障的一个错误。第三点是实现了人机交互啊。用户干预机器需要用到咱们的中断程序啊，第四个是实现多道嗯，多道程序分时操作。多道程序的切换需要借助于中断系统，第五点是实时处理嗯，

实时处理需要借助中断系统来实现一个快速的响应。第六点是实现应用程序和操作程序的一个切换，称为我们的软中断第七点。是多处理器系统中各处理器之间的信息交换和任务的切换。这是我们第二块知识点程序中断，那我们看完第二块知识点之后，程序中断之后，我们来看一下我们的。dma中转方式以及dma中转附件。我们看完我们第二值，第二个值我们看。我们看完程序中断方式，也就是我们的第二个内容之后，我们来看一下我们第三个内容。程序嗯dma控制器啊，

首先我们来看一下什么是dma控制器啊？嗯，我们每准备好一个数据都要去中断CPU啊，由CPU运行中断服务程序来完成一次。传送啊，比如说我们硬盘机，磁带机等高速设备需要大批量的数据传送，然后啊CPU大量时间就用于了我们的中断啊，用于了我们中断。由硬件实现控制大批量传输数据啊，由di由我们的dma控制器来实现，由dma来控制dma。在dma方式当中，当IO设备需要进行数据传送时，通过dma控制啊，

也就dma接口。向CPU提出dma传送请求。CPU响应之后，让出系统文件，由dma控制器。监管总线进行信息传输。它的主要功能啊，分成三大块嗯，传送前传送时和传送后这几块啊，传送前的功能有接收嗯，有两点是接收外外射发出了DNA请求。并向CPU发出总线请求，第二点是CPU响应总磁总线请求，发出响应信号，接管总线的。

控制权进入dma操作。周期嗯，在传送时嗯，也有两点功能，第一嗯，这也就是我们第三点三个功能是确定传送数据的组成单元。地址及长度啊，并且自动修改组存地址计数器和传送长度计数。第四个是规定数据在储存和外设间的一个传送方式发出读写控制信号，实行数据传送的操作。在传输后嗯，我们需要向CPU报告dmv操作的结束。这是我们div控制器的主要功能，我们看完这个这一块的内容之后，我们来看一下div的一个结构。

在系统总线上，我们连接了我们的组存CPU，还有dma，有dma和嗯，还有嗯，连接了我们的设备啊，连接的设备。嗯，这里我们的设备和我们的那个呃，通过dma与CPU进行一个连接啊，还有还有我们的系统总线进行相应的连接。dma当中有中断机构控制逻辑单元。dma请求触发器数据缓冲寄存器。传送长度计数器和地址储存地址寄存器，我们来分别看一下它的每一块的。

呃，作用是什么？控制逻辑嗯，控制状态逻辑，它是由控制和时序电路及状态标志组成的。它是用于指定传送方向，修改传送参数，并且对dma信号和CPU响应信号进行一个协调和同步啊进行协调和同步。他们和CPU之间传送一定的信息，传送一定的信息，然后dma请求触发器啊，它指的是每当IO设备准备好数据的时候。我们给出一个信号，使dma请求啊，触发器的一个位置啊，

请求触发器的位置。数据缓冲寄存器是用于暂存每次传送传送数据传送的一个数据啊，暂存我们设备传送的相关数据啊，是用来暂存的。啊，中断嗯，中断机构啊，它是指的当一个数据块传送完毕后触发中断机构向CPU提出相应的中断请求。好，这里之后传送数据之后，我们会有主存地址，计算器和传送长度计数器啊。主存地址，计时器也简称AR，它是用于存放要交换数据的组存地址的嗯，

传送长度计时器。它指的简称WC，它是用来记录传送数据的长度啊，计数器溢出的时候。数据送达完毕和发出自自动发出中断请求信号，当我们的计数器一出，我们发送嗯，中断请求信号和发送中断请求信号给。给中断机构啊，中断信号一出，给中断机构发送呃，中断机构发送中断请求信号，中断请求信号给系统总线啊，系统总线。进行嗯，

相应的传输信息。这里在dma结构当中，我们要注意的是dma传送过程当中dma控制器接管CPU的电子总线。啊，数据总线和控制总线和dma控制器，它接管啊啊接管了我们嗯CPU的地址，总线数据总线还有。我们的控制总线。CPU组存控制信号被禁止使用，而这个时候它接管之后CPU的存控制信号就被禁止使用了。而当CPU传送结束后啊，将恢复CPU的一切权利并开始执行它的一些操作啊，这是我们的dma的结构。嗯，那么我们看一下dma的一个传送过程和dma的传送过程嗯，

首先在CPU当中，它需要进行一个预处理，预处理完之后再进行数据传送。数据传送完之后，我们再进行一个后处理，然后后处理之后，然后继续执行相应的主程序啊，有预处理数据传送和后处理这三大块。我们来看一下预处理阶段，它是它是进行怎么样的操作，就是组存的起始地址，我我们的AR啊组成的起始地址将。啊，设备当中嗯，将设备设备将数据写入我们的设备，

将数据写入我们的数据缓冲计程器，也就是入我们第二章中。写入第二章中，同时我们去设备当中去触发我们的写满后啊，像我们设备当中的数据写满后。向dma控制控制器发送我们dma请求，发送dma请求之后，然后去触发我们的控制状态逻辑单元。啊dma控制器啊，向总线发出总线请求，向CPU呃，向总线发出，向系统总线发出，我们的一个。呃，

总线请求啊，发送总线请求之后dma控制器接管我们的总线啊dma控制器接管总线。同时dma控制器完成一次数据传送，完成我们的一次数据传送。这是我们的预处理嗯阶段啊嗯，预处理阶段和数据传送阶段啊，预处理阶段之后需要我们嗯，启动IO设备，然后传送一个数据啊，设备地址啊IO设备地址和组存的起始地址。嗯，在传送完数据之后啊，传送完数据之后进行一个后处理啊，后处理我们传送完数据之后。通过地址地通过我们的数据线和地址线啊，

到我们的组存地址计数器啊，我们组存地址计数器进行相应的修改啊，进行相应的修改。传送长度计时器也进行一定的修改来进行加一的操作，如果说传送结束嗯，传送结束我们就会发出中信号，一出就会发出中断啊。给我们的中断结构啊，然后将中断请求传送到我们的数据系统文件啊，传送到系统文件。启动我们的中断服务程序啊，做dma结束处理，做dma结束处理，这是我们的啊，那个dma传输的过程，

这里是以数数据为例的啊，以数数据为例。输入数据为例，将首先将设呃设备将数写入dr，写入dr之后写满了之后，我们将触发bma请求触发器。啊dma请求触发器啊传送dma请求，然后我们控制状态逻辑，然后去dma控制器向总线发出总线请求，发出总线请求。dma控制器接管总线。同时，dma控制单元控制器完成一次总线的传输。CPU将总线控制。控制权交给gma控制。

气交给DNA控制器。嗯，之后我们再嗯，判断我们的组成地址，计数器和传送长度计数器啊，修改它的参数嗯，传送结束之后发出中转请求，发出中转请求。中断移速快速中断停留，然后再进行中断服务程序，做一个DNA结束的处理，这是我们DNA传送的过程。看完dmv传送的过程之后啊，我们再结合那两张图来看一下嗯，这一个过程在数据传送，

传送过程当中啊，我们将它进行一个细化。dma请求啊，是否允许传送？如果允许传送，主存的起始地址，总线，总线。数据嗯，总线数据送到我们的IO设备或者是储存，修改储存地址，修改计数器地址。然后再判断数据块是否传送结束，如果传送结束，向CPU申请中断啊。

如果说没有的话，我们再进行一个循环，这是我们的那个。d na d MA传送的过程值得我们注意的是，CPU和dma控制器访问主存。可能会产生一定的冲突啊，那它产生冲突了，我们就会对它进行一个相应的处理，那么就就用到了我们相应的dma的传送方式。啊dma传送方式，它指的是主存和dma控制器之间有一条数据通路，因此。主存和IO设备之间交换信息时，不通过我们CPU，但是当IO设备和CPU同时访问主存的时候，

就发生了冲突，就是我们刚刚所说的。它同时防止肿瘤发生了冲突。为了有效使用我们的嘴唇dma控制器和CPU，通常采用以下三种方法去使用嘴唇。第一种方法是停止CPU访问内存，第二种方法是dma与CPU交替访问，第三种方法是周期挪用，也叫也叫做周期窃取。那么，我们来分别看一下这三种方法是来怎样实现的？停止CPU访问，保存顾名思义，就是在我们dma工作的时候，我们CPU不执行啊，

不进行防存。好，我们看到这张图当中，横坐标和t代表的是组存的工作时间啊，黑色的代表的是CPU控制并使用组存。dma那个红色的代表的是dma控制并使用组醇。这是在我们这个时间周期内，在组成工作时间内，如果说dma进行工作，那么这里我们就要进行一个处理CPU，不让CPU去执行程序，就是停止CPU访问组存。而这种方法呢？这种方法就是当我们CPU进行缓存的时候，我们让dma进行工作啊，

让dma不进行工作。这种方法是控制起来比较简单。CPU处于不工作状态或者是一个保持状态就没有充分发挥。CPU最储存的一个利用率啊，最储存的一个利用率，这是我们停止CPU访问储存的一个方法。第二种方法是dma与CPU进行交替防存，进行交替防存。我们在这个一个CPU周期内，我们分成c1和c2两个周期啊。c1和c2两个周期。c1这个周期内，我们专供dma保存来使用c2，这个周期内，我们专供CPU访问来使用这种方法，

它不需要总线。使用权的一个申请啊，建立和归还过程不需要总线使用权的申请，建立和归还。但是这种方法，它的硬件逻辑比较复杂，实现起来比较复杂。第三种方法，我们就结合了以上两种方法，就是停止CPU访问和dma与CPU交替访问，保存这两种方法。所采用的是周期挪用方法啊，这三种嗯dd MA访问组存，它有三种可能在这种方法当中有三种可能。第一种方法是ccpu此时不保存那CPU做的时候，

它不保存的时候，那我们就可以进行。嗯dma的工作保存啊，第二种可能是CPU正在保存，如果CPU在这种在这周期内进行正在保存的话，那我们就执行CPU保存。啊，将这个周期执行完之后，结束了之后，我们再让出。让出总线啊，然后让dma去使用啊，第三种就是CPU与dma，同时请求访问保存。这种情况下，

我们就要对它设置一个优先级啊，我们我们让让什么让我们的。IO保存进行优先保存，进行优先保存。IO保存优先，这就是我们周期挪用，周期挪用它分成。dma仿真有三种可能，哪三种可能呢？第一种可能是CPU这个时候不仿真，第二种是正在仿真，正在仿真的时候，我们让CPU执行完之后再执行dma仿真。第三种的话就是CPU和dma同时进入房间，这里我们就设置为UI呃IO优先IO保存优先。

就是dma的传送方式。那么，我们看完这知识点之后，我们来紧接着看一下dma方式的它的一个特点啊，我们知道了dma方式的一个处理过程，流程，还有dma。呃的一些呃特点，我们来进行一个总结啊，进行一个总结组存和dma。接口之间有一条直接的数据通路啊，用于dma方式传输数据，它不需要接口CPU，因此。不必中断线性程序，

那IO与主机是一个并行工作程序和传送啊，它也是一个并行工作的，那么div方式，它具有以下五个特点。第一个是它能够使组存与CPU嗯固嗯，它能第一种是它能使组存和CPU固定联系脱钩。啊，组存既可以对CPU访问，又可以对外设进行访问。啊，又可以对外设进行访问，这就是我们那个，我们组存它CPU，可以CPU和组存之间有个组成总线。啊主存和我们外设之间有ID MA总线，

啊dma总线，它实现了我们的啊主存和外设之间的一个啊防外设呃去访访问组存的一个功能。好，第二个特点是在数据传送时组成的地址嗯，组成地址的确确定传送数据的技术等，它都是由硬件电路来实现的，来直接去实现的。第三个特点是组存中要开辟专用的缓冲区，及时供给和接收外设的数据啊，我们要开设一个专用的缓缓冲区啊来。呃，缓冲寄存器数据，缓冲寄存器就是我们所说的来嗯供嗯，那个来来来存放我们的外设的相应的数据来供给和接收外设的相应的数据。第四点是dma传送速度，

它更快，那么CPU和外设是并行工作，提高了系统的一个效率。第五个特点是dma在传送开始前要通过程序进行一个预处理，结束后呢，它也要通过中断方式进行一个后处理。这是我们dma方式的五大特点啊，五大特点，那么我们来学完以上知识点之后来看一下dma方式与中断方式的一个对比。啊，中断方式和dma方式在数据传送阶段啊，在数据传送阶段，它们的区别。中断方式是进行一个程序控制dma方式，它进行的是硬件控制，

而程序控制过程当中是程序的切换，转换到我们保存和现场程序切换是通过保存和现场的恢复。好，这里dma的时候硬件控制CPU只需进行预处理和后处理就可以了，在中断请求阶段啊，中断是进行一个传输数据。dma是一个后处理响应是在中断的时候执行的指令，执行周期结束后响应中断啊，指令执行周期结束后我们响应中断。dma是每个机器周期结束均可以啊，总线过弦的时候即可响应dma请求。呃，使用场景上啊，中断是CPU控制的低速设备dma是dma控制器进行控制，它是一个高速设备。

优先级的话是优先级嗯，中段是低于优先级低于dma啊dma的优先级高于我们的中段。异常处理中断的话，它是能处理异常事件啊dma，它是仅传达数据啊，以上就是我们dima控制器的。主要内容啊啊，再就是我们在七点三节当中讲到了三块的内容啊，讲了三块内容好，我们七点四节当中啊，就到此结束了。那么，我们来回顾一下本章节当中的主要内容。本章节主要讲到了输入输出系统啊，首先在第一小节当中，

我们讲到了输入输出系统的基本概念。第二节当中，我们讲到了外部设备啊，外部设备包括什么，包括输入设备，输出设备，还有我们的外存设备。在第三节当中，我们讲到了IO接口的功能和基本结构啊，还有我们IO的端口，还有这些编制。啊，第四节当中，我们刚刚讲到了IO的控制方式，有三种，

一个是程序查询方式啊，程序和查询流程啊。然后第二个是程序中断方式，第三个是dma方式好，这就是我们第七节当中的主要的内容，希望同学们课下。及时掌握。

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