1. 输入输出系统概述
- 组成:外设、接口、总线、管理软件
- 基本功能
- 完成计算机内外的信息传递
- 保证CPU正确选择输出设备
- 利用缓冲等,实现主机与外设的速度匹配
- 特点:异步性、实时性、设备无关性
- 输入过程:CPU把地址值放入总线 --> CPU等候设备数据有效 --> CPU从总线读入数据存入寄存器
- 输出过程:CPU把地址值放入总线 --> CPU把数据值放入总线 --> 设备等数据有效取走数据
- IO系统性能:存储IO、通信IO
- 连接特性:哪些设备可以和IO相连
- IO系统容量:IO系统可以容纳的设备数
- 响应时间:从用户输入命令到得到结果所花的时间(s)
- 吞吐率:单位时间完成的IO操作次数(用IOP表示)
2. 输入输出方式
- 无条件IO方式:执行IO指令时,CPU默认外设已经准备就绪,外设很难满足这一点
- 程序控制IO方式:执行IO指令时,先获取设备状态(设备状态寄存器),决定下一步操作(程序决定)
- 数据要经过CPU,CPU还要浪费大量时间查询设备状态
- 中断IO方式:外设主动通知CPU接收或输出数据,有实时性
- DMA方式:由硬件执行IO,外设准备好后通知DMA,DMA接管总线,完成数据交换
- 既有中断的优点,又降低了服务的开销
- 通道和IO处理机方式:外设种类很多速度差别很大,将外设管理工作从CPU总分离出来
- 通道本身就是个简单的CPU,执行IO指令的处理机
- IO处理机是通道的进一步发展,更像一个CPU了
3. 中断请求与响应
- 概念:CPU由内部外部事件引起CPU中断正在运行的程序,具有随机性(符合输入输出系统特性)
- 作用:主机与外设并行;故障处理;实时处理
- 类型:
- 内部中断(软件、异常)
- 外部中断(可屏蔽中断INTR、不可屏蔽中断NMI)
- 基本功能:
- 中断信号的保持与清除:通过寄存器存起来,处理完清零
- 中断优先级:硬件响应优先序、软件服务优先序(中断服务程序开头,设置自己的中断屏蔽位)
- 中断源识别:系统分配给每个中断源的代号(中断号),中断号获取可以用硬件或软件方式
- 中断处理:
- 响应:每执行完一条指令,就会判断是否有中断请求
- 处理:保存断点(返回地址)、执行中断程序、返回断点
- 中断控制:
- 中断触发方式:指外设以什么逻辑信号去申请中断(边沿触发、电平触发)
- 中断排队方式:按优先级、循环轮流排队
- 中断嵌套:中断正在执行的中断程序,不可屏蔽中断不能嵌套
- 中断屏蔽:处理器内部有个触发器,“1”时才会响应外部中断
4. DMA方式
- 原理:数据传送不经过CPU,由DMA控制器实现内存和外设、外设和外设之间的直接快速传递
- 系统构成:
- DMA作为主设备之一
- DMA与IO接口集成
- DMA提供专门IO总线
- DMA的两种工作状态:被动态(未获得总线控制权,受CPU控制)、主动态(获得总线控制权)
- 传输步骤:
- 申请:一个设备接口试图通过总线向另一个设备发送数据,先向CPU发送DMA信号
- 响应:CPU收到DMA信号,当前总线周期结束后,按DMA信号优先级响应相应的DMA控制器
- 数据传送:DMA收到CPU响应,获得总线控制权,开始直接数据传送
- 传送结束:设备向CPU发送DMA结束信号,交换总线控制权
- DMA操作类型:
- 数据传送:源地址数据传到目的地址
- 数据校验:不传输,只校验某数据块内部的每个字节
- 数据检索:不传输,只在制定内存区域内查找某个关键字或某几个数据位是否存在
- DMA操作方式:
- 单字节传输模式:每次DMA操作传送一个字节
- 块传输模式:每次传送多个字节,有个当前字节计数器,+1 +1 +1
- 请求传输模式:DMA控制器询问外设,当外设请求信号无效时,暂停传输(不释放总线);再次有效再继续传输
- 级联传输模式:多个DMA级联,分布式
- DMA传输模式:
- 停止CPU访问内存:传输速率高的设备传输时有优势
- 周期挪用:DMA挪用一个或几个内存周期。若此时CPU不需要访存则不冲突,若冲突则DMA优先
- DMA与CPU交替访存:直接交替访存,不需要浪费时间
原文地址:https://www.cnblogs.com/flashsun/p/10626523.html
时间: 2024-11-07 18:36:20