操作系统：输入输出系统

则需先处理当前的中断，然后才去 响应和处理后续中断。
２. 中断优先级的判定
中断优先级的判定一般有两种方法： 软件查询判优 硬件电路判优
软件查询法是：当CPU接到中断请求信号 后，用程序来查询中断源，判断中断请 求信号是由哪里发来的，确定中断源的 先后次序，判定优先级。
软件查询法的实现过程是：当CPU接到中 断信号后，执行中断查询程序，逐个检 测中断寄存器各位到状态。
输入输出系统的组成
输入输出系统由硬件和软件组成。
1. I/O 软 件 :(I) 用户层I/O软件，实现与用户交互的接口，用 户可直接调用该层所提供的、与IO操作有关的库函数对设备进行 操作。
(2) 设备独立性软件，用于实现用户程序与设备驱动器的统接口、 设备命名、设备的保护以及设备的分配与释放等，同时为设备管 理和数据传送提供必要的存储空间。
6.4.2 DMA接口的组成 图６－７为ＤＭＡ控制器的逻辑结构图。
*
地址寄存器
*
字计数器
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数据缓冲寄存器
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DMA 请求标志
*
控制状态逻辑
* 中断机构
DMA的传送过程
DMA数据传送过程可分为三个阶段： DMA 传送前预处理、数据传送和ＤＭＡ 后处理。
1. DMA 传送预处理 DMA传送前的预处理，实际上就是
CPU响应中断请求，暂停正在执行的 程序，转而执行I/O操作程序，完成数据 的传送。
2. 直接存取方式（DMA）
DMA方式中，由于主存与I/O设备间设 计了一条数据通路，主存与I/O设备交换 信息时，无需处理中断程序，整个外设 与主存进行数据交换的过程完全由DMA硬 件控制。
３. 通道方式
输入输出系统
计算机与互联网学院 主讲：J.H Lau 2019.4
为了实现输入输出设备与计算机主 机的信息交换，需要使两者之间实现速 度和电平的匹配。
在计算机系统中设计了各种形式的 介于主机与外设间的中间介面，完成输 人输出设备和计算机的主机间的信息匹 配和转换工作。
计算机的这类介面称为输入输出系 统，简称I/O系统。
（3）ＤＭＡ控制器向内存发出地址控制 信号，修改地址，记录传送字的个数， 完成数据传送操作；
（4）当数组传送完毕后，以中断方式通 知ＣＰＵ传送操作已结束。
DMA 方式一般用于高速成组数据的 传送。
２.ＤＭＡ工作方式的特点：
（1） 在数据传送过程中，ＤＭＡ方式 不像中断方式那样，要进行保护现场、 现场恢复之类的操作，因而ＤＭＡ的数 据传送速度较快；
(3) 中断传送过程需要ＣＰＵ的干预， 而ＤＭＡ传送过程不需要ＣＰＵ的干预， 完全靠硬件处理, 数据传输效率很高， 因而被广泛地用于高速外设的成组数据 传送；
(4) ＤＭＡ中断的请求的优先级高于中 断请求服的优先级；
(5)中断方式具有对异常事件的处理能力， 而ＤＭＡ方式仅局限于对Ｉ/Ｏ的数据传 送。
完成初始化DMA 控制器操作。
初始化的过程，就是ＣＰＵ向ＤＭ Ａ发出一系列的输入输出指令的过程。
ＣＰＵ通过这些指令测试外围设备 的状态，设置 DMA 初始化命令字。
2. 数据传送
DMA 传送过程中，DMA控制器为主控 部件，控制总线完成数据传送。
3. DMA的后处理 当DMA内的数据块长度计数器计到零
（3）程序中断方式
程序中断方式不需要CPU定期查询外 设是否准备好。
当外设需要传送信息时，只要主机 给出了允许外设中断请求的命令，任何 时刻外设都可提出中断请求。
当无外设中中断时，主机就运行主 程序。
当外设准备好需要与主机传送数据 时，它可通过I/O接口给CPU发出中断请 求信号。
（2） 由于ＤＭＡ方式ＣＰＵ根本不参 与数据传送操作，省去了取指、译码、 取操作数、送操作数等操作，因而系统 的效率较高；
(3) ＤＭＡ传送系统使用的主存既可被 ＣＰＵ访问，又可被外设访问；
(4) 数据传送时，数据地址的确定和传 送数据的计数等都由硬件电路实现；
(5) ＤＭＡ方式下的主存中一般都为数 据传送设有数据缓冲区，该数据区既可 由程序随机地确定，也可事先固定。
向量中断和非向量中断的区别在于：前者 是指那些中断服务程序的入口地址是由中断 事件自己提供的中断；后者是指中断事件不 能直接提供中断服务程序入口地址的中断。
5.பைடு நூலகம்单级中断和多级中断
在单级中断系统中，所有的中断源都属于同一级，所有中断源触发器排成一行， 其优先次序是离CPU越近优先级越高。当响应某一中断请求时，CPU执行该中断源 的中断服务程序，在此过程中，中断服务程序不允许被其他中断源所打断，即使优 先级比它高的中断源也不例外，只有当该中断服务程序执行完毕之后，才能响应其 他中断。
3. 内部中断和外部中断:
外部中断是指外部有中断源时执行相应的中断程序，主要是指 INT0,INT1,通讯中断；内部中断主要是指定时器/计数器中断， 装栈溢出后置位相关特殊寄存器来执行中断；
举一个例子，外部中断：你在吃饭，这时候电话响了，你暂时放 下餐具去接听电话在这里吃饭是你目前正在执行的程序，电话响 了，是一个中断源，他是随机的，不定时发生，接完电话（处理 完中断事件）你回来继续吃，（继续执行中断点没有做处理完的 程序）
(3) 设备驱动程序，与硬件直接相关，用于具体实现系统对设备 发出的操作指令，驱动I/O设备工作的驱动程序。
(4)中断处理程序，用于保存被中断进程的CPU环境，转入相应的 中断处理程序进行处理，处理完毕再恢复被中断进程的现场后， 返回到被中断的进程。
2.I/O硬件
输入输出设备的编址
1. 统一编址:统一编址指从存储空间中 划出地址给I/O端口，优点类型多，功能 全，缺点使存储器的可用地址空间变小。
I/O处理也叫外围处理机，I/O处理机 全权负责I/O和管理外设，实现了CPU执 行用户程序与I/O数据交换的完全的并行 操作，极大地提升了系统的运行速度和 CPU的运行效率。
程序中断方式
中断的基本概念
中断是指CPU正在运行程序时，为处 理更重要或更急需处理的事件，暂时停 止当前运行的程序转而去执行事件服务 程序。
时，DMA控制器向ＣＰＵ发中断请求。
ＣＰＵ停止原来执行的程序，转而 执行中断服务程序完成DMA结束处理工作。
当服务程序执行完毕后再返回去执 行暂被中断的程序的过程。
计算机中能引起中断的事件称为中 断源。
2.简单中断和执行程序中断:
中断是指计算机运行过程中，出现 某些意外情况需主机干预时，机器能自 动停止正在运行的程序并转入处理新情 况的程序；处理完毕后又返回原被暂停 的程序继续运行。执行中断是指处理机 响应当前的中断请求，并调用与之对应 的中断进程或程序来处理当前中断。
中断的优先级与中断判优
１．中断优先级 为了使中断处理合情合理，中断的处
理一般遵循以下原则：
(1) 当只有一个中断源请求中断时， CPU响应中断。
(2) 当有两个以上的中断同时提出中断 请求时，CPU先响应优先级别高的中断。
待优先级别高的中断处理结束后， 才响应和处理优先级别较低的中断申请。
I/O系统由：I/O接口、I/O管理部件和 I/O软件组成。
6.1 输入输出系统概述 6.2 程序中断方式 6.4 DMA方式
输入输出系统概述
I/O系统与总线结构的关系及发展
早期的I/O设备的种类较少，计算机 的结构是以CPU为中心的。I/O设备与主 存的信息交换都需通过CPU。
内部中断：你正在吃饭，这时碗里的饭没有了，你要去盛饭，盛 了饭回来继续吃，在这里吃饭依然是你目前正在处理的一个程序， 碗里的饭没有了相当于是一个中断，这个中断是由你吃饭引起了， 相当于系统中的标志位溢出；
4. 向量与非向量中断
中断向量是指向量中断在中断事件在提出 中断请求时，通过硬件向主机提供的中断向 量地址。中断向量由中断源的有关硬件电路 形成。
3．DMA方式与中断方式的区别：
(1) ＤＭＡ方式和中断控制方式都是由 中断申请产生，但产生的中断源可能不 同。
前者只来自于主机与外设数据的传 送的要求，后者中断的产生则既可由主 机与外部设备的数据传送引起，也可以 由主机内部原因产生（如硬故障）；
(2) 中断方式数据的传送靠执行中断服 务程序实现，因此在程序的切换时需要 保护好现场，而ＤＭＡ方式除了开始和 结尾外，不占用ＣＰＵ的任何资源；
6.4 DMA方式 17软工
DMA的基本概念
直接存储器存取（DMA）方式，是一 种完全由硬件控制的主存与外设间的数 据交换控制方式。这种方式的硬件就是 ＤＭＡ控制器。见图６－６。
１. ＤＭＡ控制器的作用：
（1）当外设需要进行数据传送时，向Ｃ ＰＵ提出中断请求；
（2）当ＣＰＵ响应中断时接管总线进行 数据传送；
2. I/O独立编址
输人输出设备的控制 1. 程序控制
（1）无条件传送方式
（2）条件控制方式
条件控制方式又称为程序查询方式。 在这种方式中，计算机的主机在与外设 传送信息时需先检查外设的或主机的工 作状态。
即外设或主机是否准备好才进行数 据的传送。
图6-3为条件控制方式程序流程图
检测顺序按大小优先级排列，最先 检查到的中断源具有最大的优先级，其 次检测到的中断源具有较低的优先级。
硬件电路判别法又可分：
菊花链电路 专用逻辑电路判别 菊花链电路用于单线请求的计算机系统。
专用判优逻辑用于多线中断请求的 计算系统，它用可编程芯片实现，用户 可灵活设置中断优先级、中断号、屏蔽 和开放中断等，目前计算机中大都采用 这种方式。
(3) 如果CPU正在处理一个中断时，又 有一新的中断请求，而且新的中断源的 优先级比正在处理的中断源的优先级高。