I/O系统（二）

程序查询流程
1测试指令，查询IO设备是否就绪。
2传送指令，当已经就绪时，执行传送功能。
3转移指令，未就绪时，转移至继续测试IO设备的状态。

当需要启动某一IO设备时，必须将该程序插入到现行程序中。
1，由于这种传送数据时要占用CPU寄存器，先将寄存器内容保护起来。
2，传送的是一批数据，先设置IO设备与主机交换数据的计数值
3，设置欲传送数据在主存缓冲区的首地址
4，CPU启动IO设备
5，将IO接口中的设备状态标志取至CPU并测试IO设备是否准备就绪。如果就绪就传输，如果没就绪等待。
6，CPU执行IO指令，或从IO接口的数据缓冲寄存器读一个数据，或把一个数据写入IO接口中的数据缓冲寄存器内，同时将接口中的状态标志复位。
7，修改主存地址。
8，修改计数值。
9，判断计数值
10，结束IO传送，继续执行现行程序。

程序中断方式

中断接口：
1，中断请求触发器和中断屏蔽触发器
每台设备必须配置一个请求触发器INTR，当为1时，表示该设备向CPU提出中断请求。提出中断请求时，本身必须准备就绪。多个中断源向CPU提出中断请求时，CPU必须坚持一个原则，即在任何瞬间，只能接受一个中断请求。其他的进行排队，接受级别高的。在IO接口中设置一个屏蔽触发器MASK，当为1时，表示屏蔽，即封锁其中中断源的请求。请求触发器和屏蔽触发器在IO接口中是成对出现的。
CPU总是在统一的时间，每条指令执行阶段的最后时刻，查询所有的设备是否有中断请求。

仅当设备准备就绪D=1，设备未屏蔽MASK=0，CPU中断查询信号可将中断请求触发器设置为1，INTR=1

2排队器
多个中断源同时向CPU提出请求时，根据性质不同，给予不同等级的优先权。速度越高的IO，优先级越高，因为若CPU不及时响应高速IO请求，其信息可能立即丢失。

3中断向量地址形成部件
一旦响应了IO中断，就要暂停现行程序，转去执行改设备中的中断服务程序。每个服务程序都有一个入口地址。
硬件方法寻找地址：通过向量地址来寻找设备的中断服务程序入口地址。中断向量地址形成部件的输入时来自排队器的输出INTP1，INTP2...INTPN。它的输出是中断向量，位数与计算机可以处理中断源的个数有关。一个中断源对应一个向量地址。其中12H，13H是向量地址，200,300是打印机服务程序和显示器服务程序入口地址。

IO中断处理过程

1，CPU响应中断的条件和时间。
CPU响应中断的时间是每条指令执行阶段的结束时刻。

2，IO中断处理过程。
当CPU通过IO指令的地址码选中某设备后
1，由CPU发动启动IO设备命令，将接口中B设置1，D设置0
2，接口启动输入设备开始工作
3，输入设备将数据传送到数据缓冲寄存器。
4，输入设备向接口发送设备工作结束信号，D设置为1，B设置为0，标志设备准备就绪。
5，当设备准备就绪D=1，且本设备未被屏蔽MASK=0，在指令结束时，由CPU发送出中断查询信号。
6，设备中断请求触发器INTR设置为1，标志设备向CPU提出中断请求，同时，INTR送至排队器，进行中断判优
7，若CPU允许中断EINT=1，设备又被排队选中，进入中断响应。由中断响应信号INTA将排队器输出送至编码器形成向量地址。
8，向量地址送至PC，作为下一条指令的地址。
9，由于向量地址中存放的是一条无条件转移指令，所以指令结束后，转至程序入口地址，开始执行中断服务程序。
10，中断服务程序最后一条指令是中断返回指令，当执行结束，返回到源程序的断点。

以上可以简单的归纳为：中断请求，中断判优，中断响应，中断服务，中断返回。

中断服务程序的流程

1，保护现场
1）保存程序的断点，由中断隐指令完成。2）保存通用寄存器和状态寄存器内容，由中断服务程序完成。

2，中断服务
对于不同中断请求，服务内容是不同的。比如，打印，显示字符。

3，恢复现场
通常采用取数指令或出栈指令（POP），将保存在储存器或堆栈中的信息送回到原来的寄存器中。

4，中断返回
返回到原来程序的断点处。

DMA方式

DMA特点：

在主存和DMA之间有一条数据通路，主存和设备交换信息不需要通过CPU，也不需要CPU暂停现行程序为设备服务，省去了保护现场和恢复现场。适合高速IO或辅存与主存之间的信息交换。若高速IO和CPU同时访问主存，CPU必须将总线占有权给DMA使用，即DMA采用周期窃取的方式占用一个存取周期。

为了有效分时使用主存，通常DMA与主存交换数据时采用的方法：
1，停止CPU访问主存
特点：适用数据传输率很高的IO设备实现成组数据传输。缺点是DMA接口在访问主存时，CPU基本上处于不工作状态或保持原态。可以再DMA接口中设置一个小容量储存器，使IO设备先与小容量储存器交换数据，然后再与主存交换。减少占用时间。减少CPU暂停工作时间。

2，周期挪用
每当IO设备发出DMA请求时，IO设备便挪用或窃取总线占用权，或几个主存周期，而DMA不请求时，CPU扔继续访问主存。
UI设备请求DMA传送三个情况：
1，CPU不需要访问主存，IO设备与CPU不冲突。
2，IO请求DMA传送时，CPU访问主存。此时等存取周期结束，CPU才能将总线占有权让出。
3，IO设备访问主存时，CPU也要访问，出现冲突。IO设备优先于CPU，窃取存储周期，延缓了CPU访问主存。

IO设备每挪用一个主存周期都要申请总线控制权，建立总线控制权和归还总线控制权。周期挪用的方法比较适合IO设备的读写周期大于主存周期。

3，DMA与CPU交替访问。
此方法适合CPU工作周期比主存存取周期长的情况。这种情况下不需要总线使用权的申请，建立和归还。

DMA接口功能和组成

DMA接口功能：
1，向CPU申请DMA传送
2，在CPU允许DMA工作时，处理总线控制权的转交，避免进入DMA而影响CPU正常活动。
3，在DMA期间管理系统总线，控制数据传输。
4，确定数据传送的起始地址和数据长度，修正传输过程中的数据地址和数据长度。
5，在数据块传送结束时，给出DMA操作完成的信号。

接口基本组成：
1，主存地址寄存器AR
AR用于存放主存中需要交换数据的地址。
2，字计数器WC
WC用于记录传送数据的总字数，通常交换字数的补码值预置。
3，数据缓冲寄存器BR
BR用于暂存每次传送的数据。
4，DMA控制逻辑
5，中断机构
当字计数器全0时，表示数据交换完毕，由溢出信号通过中断向CPU发出中断请求。
6，设备地址寄存器DAR
存放IO设备的设备码

DMA工作过程

1，预处理
在DMA接口开始工作之前，CPU给他预置信息。
DMA逻辑控制指明传输方向，读主存，写主存。
DMA设备地址寄存器送入设备号，启动设备
DMA主存地址寄存器送入交换数据的主存起始地址
对字计数器赋予交换数据的个数。
2，数据传送
DMA以数据块为单位传送的。

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3，后处理
包括校验送入主存数据正确性，是否继续传送等。

DMA接口和系统接连方式

与程序中断方式相比，DMA方式特点：

1，程序中断方式靠程序传输，DMA靠硬件传输。
2，中断在一条指令执行结束时响应，DMA在指令周期内任意存取周期结束时响应。
3，中断有异常处理事件能力，DMA没有。
4，中断需要保护现场，DMA不中断程序，无需保护现场。
5，DMA优先级比中断高。

DMA接口类型

1，选择型DMA接口
2，多路型DMA接口