17主机与外设的数据传送方式

17章 第17章
主机与外设数据传送方式
输入输出（I/O） I/O接口 I/O部件 I/O软件组成， 接口、 部件、 软件组成 输入输出（I/O）系统 由I/O接口、I/O部件、I/O软件组成，完 成主机和外部设备之间的数据交换 数据交换。 成主机和外部设备之间的数据交换。 CPU I/O 接 口 主存
……
n#设备 接口
I/O数据总线 数据总线
③中断屏蔽：当同时有多个中断源发出中断请求时，CPU只能 中断屏蔽：当同时有多个中断源发出中断请求时，CPU只能 响应一个中断，其余中断需要暂时封锁(屏蔽) 响应一个中断，其余中断需要暂时封锁(屏蔽)。这里的中断 屏蔽作用是，是否让中断源的请求进入排队逻辑，最终让CPU 屏蔽作用是，是否让中断源的请求进入排队逻辑，最终让CPU 接到请求信号，而在CPU内部中断逻辑中， CPU内部中断逻辑中 接到请求信号，而在CPU内部中断逻辑中，有一个同样起中断 屏蔽作用的开/关中断触发器，它的作用是，是否允许CPU CPU接 屏蔽作用的开/关中断触发器，它的作用是，是否允许CPU接 受中断请求、响应中断。 受中断请求、响应中断。 中断屏蔽触发器(MASK) 通常每个中断源都配有一个中断屏 中断屏蔽触发器(MASK)：通常每个中断源都配有一个中断屏 (MASK) 蔽触发器(MASK) (MASK)。 MASK置 该中断源的请求被屏蔽， 蔽触发器(MASK)。当MASK置1时，该中断源的请求被屏蔽， 中断请求不能进入中断排队逻辑， MASK置 中断请求不能进入中断排队逻辑，进行判优 。当MASK置0时， 该中断请求被允许，经过中断排队判优后，最终送往CPU CPU。 该中断请求被允许，经过中断排队判优后，最终送往CPU。 中断屏蔽寄存器：由多个中断屏蔽触发器组成， 中断屏蔽寄存器：由多个中断屏蔽触发器组成，其内容被 称为屏蔽字 可以通过软件编程改变屏蔽寄存器的某一位， 屏蔽字。 软件编程改变屏蔽寄存器的某一位 称为屏蔽字。可以通过软件编程改变屏蔽寄存器的某一位， 使其置1 从而实现对某个中断源的屏蔽控制。注意到， 使其置1，从而实现对某个中断源的屏蔽控制。注意到，硬 件的中断排队电路所决定的中断响应次序是固定的， 件的中断排队电路所决定的中断响应次序是固定的，但通 过中断屏蔽位的控制，决定某级中断请求能否进入中断排 过中断屏蔽位的控制， 队器，可以改变中断响应次序 改变中断响应次序。 队器，可以改变中断响应次序。
1#设备 1#设备 接口 2#设备 2#设备 接口
Y
软件判优法： 软件判优法：优先级 顺序已经按查询顺序 排好， 排好，若要改变优先 级可以通过改变程序 查询顺序来完成。 查询顺序来完成。CPU 顺序检测中断请求寄 存器的状态。 存器的状态。
1#中断服务 中断服务
Y
2#中断服务 中断服务
Y
3#中断服务 中断服务
17.2 中断方式
只有当外设发生异常或申请时CPU CPU才中断当前 1、中断的概念 只有当外设发生异常或申请时CPU才中断当前 程序，转去与外设传送数据， 程序，转去与外设传送数据，完成数据传送后返回执行当前程 CPU无需像程序查询方式那样处于等待外设状态 无需像程序查询方式那样处于等待外设状态， 序。使CPU无需像程序查询方式那样处于等待外设状态，提高 了工作效率。 了工作效率。 2、中断处理过程 由硬件和软件组合的一套机构完成5个步骤： 由硬件和软件组合的一套机构完成5个步骤： 中断请求、中断判优、中断响应、中断处理、中断返回。 中断请求、中断判优、中断响应、中断处理、中断返回。
设备控制 器
I/O设备 I/O设备
数据交换方式：有程序查询、中断、 (DMA)、 数据交换方式：有程序查询、中断、直接存储器访问 (DMA)、 I/O通道 外围处理机等。 通道、 I/O通道、外围处理机等。
17.1 程序查询方式
由CPU执行一段输入输出程序来实现主机与外设之间 执行一段输入输出程序来实现主机与外设之间 数据传送的方式叫做程序控制方式。 数据传送的方式叫做程序控制方式。这种传送方式又可分为无 预置传送参数 条件传送和程序查询方式两种。 条件传送和程序查询方式两种。
5、中断响应
中断请求经判优后，优先权最高的中断请求被送往CPU。CPU向中断源发出 中断请求经判优后，优先权最高的中断请求被送往CPU。CPU向中断源发出中 被送往CPU 响应INTA信号，并暂停执行当前的程序，而转去执行中断服务程序。 INTA信号 断响应INTA信号，并暂停执行当前的程序，而转去执行中断服务程序。
无条件传送：外设总是准备好状态， 无条件传送：外设总是准备好状态， CPU无须查询 可直接利用I/O 无须查询， I/O指令 CPU无须查询，可直接利用I/O指令 访问相应的I/O端口。优点： I/O端口 访问相应的I/O端口。优点：软、硬 件简单，但要求时序配合精确， 件简单，但要求时序配合精确，一 般只能用于简单开关量的输人输出 控制中。 控制中。
启动外设 取外设状态 外设准备 就绪? 就绪? Y 传送一次数据 修改传送参数 Y
N
程序查询方式
(1)预置传送参数。在传送数据之前， (1)预置传送参数。在传送数据之前， 预置传送参数 CPU执行一段初始化程序 执行一段初始化程序， 由CPU执行一段初始化程序，预置传送 参数。 参数。传送参数包括存取数据的主存 缓冲区首地址和传送数据的个数。 缓冲区首地址和传送数据的个数。 (2)启动外设。CPU执行输出指令向外 (2)启动外设。CPU执行输出指令向外 启动外设 设接口发出命令字启动外设。 设接口发出命令字启动外设。
6、中断服务
①中断服务程序基本结构
用中断指令STI开中断；用进栈指令PUSH将当前程序 开中断；用进栈指令 用中断指令 开中断 将当前程序 重要数据(程序指令计数器 程序指令计数器PC、程序状态字寄存器PSW、 重要数据 程序指令计数器 、程序状态字寄存器 、 通用寄存器等内容)压入堆栈寄存器实现保护现场 压入堆栈寄存器实现保护现场； 通用寄存器等内容 压入堆栈寄存器实现保护现场；中 断服务过程；用出栈指令POP将压入堆栈的数据弹出实 断服务过程；用出栈指令 将压入堆栈的数据弹出实 现恢复现场；用中断返回IRET关中断。 关中断。 现恢复现场；用中断返回 关中断
3、中断源与中断请求
硬件 ①中断源 软件 ②中断请求
内部关键部位使用非屏蔽中断NMI信号，不受标志寄存器“中断允许位” 内部关键部位使用非屏蔽中断NMI信号，不受标志寄存器“中断允许位” 非屏蔽中断NMI信号 影响，CPU必须响应 必须响应。 影响，CPU必须响应。 一般外部设备使用可屏蔽中断(I/O中断)INTR信号， 一般外部设备使用可屏蔽中断(I/O中断)INTR信号，改变中断控制寄存器 可屏蔽中断(I/O中断 信号 内容(控制字) 在其中进行排队选优。 内容(控制字)，在其中进行排队选优。 一般程序执行指令INT实现 一般程序执行指令INT实现 执行指令INT 专用程序由系统设置实现 专用程序由系统设置实现 外部设备(键盘、打印机等) 外部设备(键盘、打印机等) 内部关键部位(储存器读错、运算溢出、 内部关键部位(储存器读错、运算溢出、 实时时钟、电源掉电、外设故障等) 实时时钟、电源掉电、外设故障等) 一般程序(定时、延时) 一般程序(定时、延时) 专用程序(断点设置、单步设置、溢出设置) 专用程序(断点设置、单步设置、溢出设置)
(POP)
关中断
③中断向量表 多个中断向量的集合(中断服务程 多个中断向量的集合(中断服务程 序入口地址表) 如图17.10PC机的中断向量表。 17.10PC机的中断向量表 序入口地址表)，如图17.10PC机的中断向量表。
7、多重中断 在处理某一中断过程中，又发生比该中断优先级高 在处理某一中断过程中， 的中断请求，于是CPU中断原中断服务程序的执行， CPU中断原中断服务程序的执行 的中断请求，于是CPU中断原中断服务程序的执行，而又转去执 行新的中断服务程序。这种多重中断的执行形成了中断嵌套， 行新的中断服务程序。这种多重中断的执行形成了中断嵌套，如 图所示。 图所示。
原主程序 1#中断 服务程序 2#中断 服务程序 3#中断 服务程序 堆栈
PSW3 响应 1#请求 K1 K1+1 2#请求 K2 K2+1 响应 3#请求 K3 K3+1 K2+1 PSW1 返回 返回 返回 K1+1 响应 K3+1 PSW2
N
预置传送参数
启动外设 取外设状态 外设准备 就绪? 就绪? Y 传送一次数据 修改传送参数 Y 传送个数计数器 (7)判断传送是否结束 判断传送是否结束。 不为0，则转第(3)步 继续传送， 不为 ，则转第 步，继续传送，直到传送个 数计数器为0，表示传送结束。 数计数器为 ，表示传送结束。
开中断
(STI)
保护现场
(PUSH)
②中断向量(指针) 中断服务程序入口地址，如 中断向量(指针) 中断服务程序入口地址， PC机中断向量由两个段 机中断向量由两个段、 个字节组成。 PC机中断向量由两个段、4个字节组成。
中断向量地址码 （2个字节） 个字节） 中断类型码 个字节） （2个字节）
中断服务 恢复现场
N
传送完 否? 结束
(3) 取外设状态字。CPU执行输入指令， 取外设状态字。 执行输入指令， 执行输入指令 从外设接口中取回状态字。 从外设接口中取回状态字。 (4)查询外设状态标志。判回状态字 (4)查询外设状态标志 查询外设状态标志。 有无外设准备就绪。 返回； 有无外设准备就绪。无，CPU返回； 返回 开始传送数据。 有，开始传送数据。 (5)传送数据。输入时，CPU执行输 (5)传送数据 输入时， 传送数据。 执行输 入指令， 入指令，从外设接口的数据缓冲寄 存器中接收数据；输出时， 存器中接收数据；输出时，CPU执 执 行输出指令， 行输出指令，将数据写入外设接口 的数据缓冲寄存器中。 的数据缓冲寄存器中。 (6)修改传送参数。每进行一次数据传 (6)修改传送参数 修改传送参数。 送之后必须要修改传送参数， 送之后必须要修改传送参数，其中包括 主存缓冲区地址加l， 主存缓冲区地址加 ，传送个数计数器 减1。 。