計算機組成原理第八章CPU與外界交換信息的方式2/5/20231

8.1程序查詢方式8.1.1設備編址1.統一編址。I/O設備中的控制寄存器、數據寄存器等設備，與內存單元聯合一起編址。2.單獨編址。內存單元和I/O設備分開編址，訪存和訪問I/O設備時，各自使用具有不同OP的指令。8.1.2程序查詢方式的接口

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如圖8.1所示，程序查詢方式的接口電路包括：設備選擇電路、數據緩沖寄存器、設備狀態標志。1.設備選擇電路。判斷AB線上呼叫的設備是不是本設備，是設備地址的譯碼器。2.數據緩沖寄存器。存放來自于外設或CPU的數據，在外設與CPU之間雙向交換信息。3.設備狀態標志。位于接口中的一種標志觸發器，反映各種設備當前工作狀態。2/5/20234

8.2程序中斷方式8.2.1程序中斷方式的概念當某一外設的數據準備就緒后，該設備就主動向CPU發出請求中斷信號，請求CPU暫時中斷目前正在執行的程序，而進行數據交換。當CPU響應該外設的中斷請求時，便暫停主程序的運行，自動轉移到該設備的中斷服務程序。當中斷服務程序結束以后，CPU又回到原來的主程序去繼續運行。2/5/202358.2.2單級中斷單級中斷系統是中斷結構中最基本的形式。2/5/202368.2.3多級中斷由多個中斷源構成。根據各中斷事件的輕重緩急程度的不同，分成若干中斷級別。每一種中斷級都分配給一個優先權。優先權高的中斷級，可以打斷優先權低的中斷服務程序，以程序嵌套方式進行工作。2/5/20237

根據系統配置的不同，多級中斷還可以分為一維多級中斷和二維多級中斷。2/5/202388.3DMA方式8.3.1

DMA(直接內存訪問)的基本概念DMA是一種完全由硬件執行I/O交換的工作方式。CPU與外設交換信息時，DMA控制器完全接管CPU對總線的控制權，數據交換不經過CPU，而直接在內存和I/O設備之間進行。DMA的基本操作過程：(1)從外設發出DMA請求。(2)CPU響應請求，把CPU工作改成DMA操作方式，DMA控制器從CPU接管總線控制。(3)由DMA控制器對內存尋址。(4)向CPU報告DMA操作的結束。2/5/202398.3.2DMA傳送方式1.停止CPU訪內

2.周期挪用2/5/2023103.DMA與CPU交替訪內

2/5/2023118.4通道方式8.4.1通道的概念1.通道的功能通道是一種具有特殊功能的處理器。①接受CPU的I/O指令，按照指令的要求與指定的外設進行通信。②從存儲器中選取屬于該通道程序的通道指令，經譯碼后向I/O控制器模塊發送各種命令。③組織外設和存儲器之間進行數據傳送，并根據需要提供緩存空間，以及提供數據存入存儲器的地址和傳送的數據量。④從外設得到設備的狀態信息，形成并保存通道本身2/5/202312的狀態信息，根據要求將這些狀態信息送到存儲器的指定單元，供CPU使用。⑤將外設的中斷請求和通道本身的中斷請求，按次序及時報告CPU。2.CPU對通道的管理

簡單地說，CPU通過執行I/O指令，以及處理來自通道的中斷，實現對通道的管理。來自通道的中斷有兩種：數據傳送結束中斷和故障中斷。3.通道對設備控制器的管理①從通道接受通道指令，控制外設完成所要求的操作。2/5/202313②向通道反映外設的狀態。③將各種外設的不同信號，轉換成通道能夠識別的標準信號。8.4.2通道的類型1.選擇通道用于對高速設備進行控制；在一段時間內，選擇通道只執行一個設備的信道程序，采用“成組”方式傳送信息，傳輸速率高。但是，信道利用率不高。2.多路通道多路通道在同一時間內能夠處理多個I/O設備的數據傳輸。2/5/202314①數組多路通道。②字節多路通道。2/5/202315第八章練習題一.選擇1.按不同的數據傳送格式，可將外圍接口劃分為兩類，即()。A.中斷接口與DMA接口B.直接傳送接口與查詢接口C.同步接口與異步接口D.并行接口與串行接口2.在DMA方式中，“批量傳送結束”的監測由下列選項中的()負責。A.CPUB.DMA接口或DMA控制器C.總線控制器D.主存緩沖區3.CPU響應DMA請求一般是在()。A.一段程序結束時B.一條指令結束時C.一個總線周期結束時D.一個時鐘周期結束時4.在讀磁盤過程中，磁盤適配器向主機發出DMA請求是在()。A.啟動磁盤時B.尋道完成時C.扇區緩沖器滿時D.扇區緩沖器空時5.在DMA傳送期間，總線控制權通常由()。A.CPU掌握B.DMA控制器掌握C.主存掌握D.外部設備掌握6.下列選項中，()不是發生中斷請求的條件。A.一條指令執行結束B.一次I/O操作結束C.機器內部發生故障D.一次DMA操作結束2/5/2023167.下列說法正確的是()。A.程序中斷過程是由硬件和中斷服務程序共同完成的B.每條指令的執行過程中，每個總線周期要檢查一次有無中斷請求C.檢測有無DMA請求，一般安排在一條指令執行過程的末尾D.中斷服務程序的最后指令是無條件轉移指令8.中斷向量地址是()。A.子程序入口地址B.中斷服務程序入口地址C.中斷服務程序入口地址的地址D.子程序入口地址的地址9.設置中斷排隊判優邏輯的目的是()。A.產生中斷源編碼B.使同時提出的請求中的優先級別最高者得到及時響應C.使CPU能方便地轉入中斷服務子程序D.提高中斷響應速度10.DMA訪問主存時，讓CPU處于等待狀態，等DMA的一批數據訪問結束后，CPU再恢復工作，這種情況稱為()。A.停止CPU訪問主存B.周期挪用C.DMA與CPU交替訪問D.DMA11.DMA訪問主存時，向CPU發出請求，獲得總線使用權時再進行訪存，這種情況稱為()。2/5/202317A.停止CPU訪問主存B.周期挪用C.DMA與CPU交替訪問D.DMA12.關于DMA方式，下面說法正確的是()。A.能用于高速外圍設備的信息傳送，也能代替中斷方式B.能向CPU請求中斷處理數據傳送C.能取代中斷方式D.不能代替中斷方式13.DMA方式的接口電路中有程序中斷部件，其作用是()。A.實現數據傳送B.向CPU提出總線使用權C.向CPU提出傳輸結束D.發中