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第 7 章 输 入 输 出 系 统 内 容 要 求 :( 一 ) I/O 系 统 基 本 概 念 ( 二 ) 外 部 设 备 1. 输 入 设 备 : 键 盘 鼠 标 2. 输 出 设 备 : 显 示 器 打 印 机 ( 三 ) I/O 接 口 (I/O 控 制 器 ) 1. I/O 接 口 的 功 能 和 基 本 结 构 2. I/O 端 口 及 其 编 址 ( 四 ) I/O 方 式 1. 程 序 查 询 方 式 2. 程 序 中 断 方 式 中 断 的 基 本 概 念 ; 中 断 响 应 过 程 ; 中 断 处 理 过 程 ; 多 重 中 断 和 中 断 屏 蔽 的 概 念 3. DMA 方 式 DMA 控 制 器 的 组 成 ;DMA 传 送 过 程 4. 通 道 方 式

7.3 I/O 接 口 输 入 / 输 出 系 统 通 常 包 括 外 围 设 备 及 其 接 口 通 道 或 输 入 / 输 出 处 理 器 及 输 入 / 输 出 软 件, 主 要 解 决 对 各 种 形 式 的 信 息 进 行 输 入 和 输 出 控 制 的 问 题 系 统 总 线 接 口 外 设 I/O 接 口 : 指 主 机 (CPU 和 存 储 器 ) 和 外 部 设 备 的 交 接 部 分, 在 主 机 与 外 设 之 间 的 逻 辑 部 件, 也 称 设 备 控 制 器 设 备 适 配 器 或 I/O 接 口 电 路 I/O 接 口 位 于 系 统 总 线 和 外 设 之 间 作 用 : 控 制 并 实 现 主 机 与 外 部 设 备 之 间 的 数 据 传 送

7.3.1 接 口 分 类 1. 按 数 据 传 送 格 式 划 分 (1) 并 行 接 口 系 统 总 线 接 口 接 口 与 系 统 总 线 接 口 与 外 设 均 按 并 行 方 式 传 送 数 据 数 据 各 位 同 时 传 送 适 用 于 设 备 本 身 并 行 工 作, 距 主 机 较 近 的 场 合 (2) 串 行 接 口 接 口 与 系 统 总 线 并 行 传 送, 接 口 与 外 设 串 行 传 送 数 据 逐 位 分 时 传 送 适 用 于 设 备 本 身 串 行 工 作, 或 距 主 机 较 远, 或 需 减 少 传 送 线 的 情 况 并 串 并 外 设

2. 按 时 序 控 制 方 式 划 分 (1) 同 步 接 口 接 口 与 系 统 总 线 的 信 息 传 送 由 统 一 时 序 信 号 控 制 系 (2) 异 步 接 口 统 接 口 与 系 统 总 线 的 信 息 传 送 总 接 口 采 用 异 步 应 答 方 式 线 3. 按 数 据 传 送 控 制 方 式 划 分 (1) 程 序 控 制 接 口 (2) 中 断 接 口 (3) 直 接 存 储 器 存 取 (DMA) 接 口 (4) 通 道 控 制 外 设

7.3.2 I/O 接 口 的 主 要 功 能 1. 寻 址 接 收 CPU 送 来 的 地 址 码, 进 行 地 址 译 码 选 择 接 口 中 的 不 同 端 口 ( 寄 存 器 ) 供 CPU 访 问 2. 缓 存 对 主 机 与 外 设 交 换 的 数 据 进 行 缓 冲 和 锁 存, 实 现 主 机 与 外 设 的 速 度 匹 配 3. 状 态 对 外 设 或 接 口 的 就 绪 忙 等 状 态 信 息 实 现 保 存 应 变 和 传 送 4. 控 制 : 通 过 指 令 指 定 设 备 或 端 口 的 操 作 5. 中 断 : 需 要 时 可 进 行 中 断 的 功 能 6. 转 换 : 提 供 信 号 格 式 转 换 或 电 平 转 换 等 支 持

7.3.3 I/O 接 口 的 基 本 结 构 CPU 和 外 设 之 间 通 常 传 递 的 信 息 : 数 据 状 态 控 制 AB 译 码 电 路 数 据 输 入 寄 存 器 (or 三 态 门 ) 数 据 线 DB CB 控 制 逻 辑 数 据 输 出 寄 存 器 ( 锁 存 器 ) 状 态 寄 存 器 (or 三 态 门 ) 控 制 寄 存 器 状 态 线 控 制 线 组 成 : 控 制 逻 辑 电 路 主 机 与 接 口 和 接 口 与 I/O 设 备 之 间 的 信 号 联 接 线, 即 地 址 线 数 据 线 控 制 状 态 线

7.3.4 I/O 端 口 与 编 址 方 式 1. I/O 端 口 为 使 CPU 能 选 择 设 备 并 进 行 数 据 传 送, 接 口 中 通 常 都 具 有 多 个 可 由 CPU 进 行 读 或 写 操 作 的 寄 存 器 或 电 路, 即 I/O 端 口 (Port) CPU 与 I/O 接 口 传 递 信 息 的 类 型 主 要 有 数 据 状 态 和 控 制 信 号, 对 应 传 送 它 们 的 端 口 分 别 为 数 据 端 口 (I/O) 状 态 端 口 (I) 和 控 制 端 口 (O) I 和 O 是 相 对 CPU 而 言 的 2. I/O 端 口 编 址 方 式 为 了 CPU 便 于 对 I/O 设 备 进 行 寻 址 和 选 择, 对 端 口 进 行 编 址, 也 就 是 给 每 台 设 备 规 定 一 些 地 址 码, 称 为 设 备 号

(1) 统 一 编 址 优 点 : 访 问 存 储 器 与 访 问 端 口 指 令 相 同, 寻 址 类 型 多, 编 程 较 方 便 缺 点 : 占 用 存 储 器 空 间 ; 速 度 慢 (2) I/O 端 口 独 立 编 址 优 点 : 专 门 的 I/O 指 令, 与 访 存 分 开 ; 指 令 执 行 快 ; 不 占 内 存 地 址 空 间 缺 点 : 需 专 用 指 令 和 控 制 信 号 寻 址 方 式 少 3. 可 编 程 接 口 若 接 口 电 路 或 芯 片 能 通 过 指 令 指 定 功 能 与 选 择 运 行 参 数, 则 称 为 可 编 程 接 口 实 质 是 通 过 指 令 对 数 据 状 态 和 控 制 寄 存 器 的 操 作 通 用 编 程 接 口 : 有 较 多 功 能 供 灵 活 选 择 专 用 编 程 接 口 : 为 某 类 设 备 或 专 门 设 备 设 计 的

7.4 I/O 数 据 传 送 控 制 方 式 I/O 系 统 实 现 主 机 与 I/O 设 备 间 的 数 据 传 送, 且 可 以 采 用 不 同 的 控 制 方 式, 各 种 方 式 在 性 能 价 格 致 力 解 决 问 题 的 着 重 点 各 不 相 同 常 用 的 I/O 控 制 方 式 : (1) 程 序 直 接 控 制 方 式 更 依 赖 于 CPU 程 序 的 控 制 执 行 (2) 程 序 中 断 传 送 方 式 (3) 直 接 存 储 器 存 取 (DMA) 传 送 方 式 (4) I/O 通 道 控 制 方 式 (5) 外 围 处 理 机 方 式

7.4.1 程 序 直 接 控 制 传 送 方 式 1. 基 本 概 念 CPU 执 行 一 段 I/O 程 序 实 现 与 外 设 之 间 数 据 传 送 该 方 式 是 进 行 数 据 交 换 的 最 简 单 的 控 制 方 法 (1) 无 条 件 传 送 : 只 有 在 外 设 总 处 于 准 备 好 状 态 采 用 (2) 程 序 查 询 方 式 优 点 : 较 好 协 调 主 机 与 外 设 之 间 的 时 间 差 异, 所 用 硬 件 少 缺 点 : 主 机 与 外 设 只 能 串 行 工 作 ; 主 机 一 个 时 间 段 只 能 与 一 个 外 设 进 行 通 讯 ;CPU 效 率 低

2. 工 作 流 程 (1)CPU 执 行 初 始 化 程 序, 预 置 传 送 参 数 (2) 从 外 设 接 口 读 取 状 态 (3)CPU 查 询 状 态, 直 到 准 备 就 绪 (4) 传 送 一 次 数 据 (5) 修 改 地 址 和 计 数 参 数 (6) 判 断 结 束 未 准 备 就 绪 否 CPU 向 I/O 发 读 指 令 CPU 读 I/O 状 态 检 查 状 态 已 准 备 就 绪 从 I/O 接 口 中 读 一 个 字 到 CPU 从 CPU 向 主 存 写 入 一 个 字 完 成 否 现 行 程 序 出 错 是

7.4.2 程 序 中 断 方 式 中 断 的 基 本 概 念 1. 中 断 CPU 暂 时 中 止 当 前 程 序 运 行, 转 去 处 理 随 机 出 现 的 情 况 或 有 意 安 排 的 任 务, 在 处 理 结 束 后 能 自 动 恢 复 原 程 序 的 执 行 2. 中 断 源 引 起 中 断 产 生 的 事 件 或 发 生 中 断 请 求 的 来 源 3. 实 质 程 序 切 换 方 法 : 保 存 断 点, 保 护 现 场 ; 恢 复 现 场, 返 回 断 点 时 间 : 一 条 指 令 结 束 时 切 换 保 证 程 序 的 完 整 性

4. 特 点 随 机 性 随 机 发 生 的 事 件 ( 按 键 故 障 ) 有 意 调 用, 随 机 请 求 与 处 理 的 事 件 ( 调 用 打 印 机 ) 随 机 插 入 的 事 件 ( 软 中 断 指 令 插 入 程 序 任 何 位 置 ) 5. 中 断 分 类 (1) 硬 件 中 断 与 软 中 断 由 软 中 断 指 令 引 发 中 断 由 硬 件 请 求 信 号 引 发 中 断 (2) 内 中 断 与 外 中 断 中 断 源 来 自 主 机 外 部 中 断 源 来 自 主 机 内 部 (3) 可 屏 蔽 中 断 与 非 屏 蔽 中 断 可 通 过 屏 蔽 字 屏 蔽 该 类 请 求 ; 关 中 断 时 不 响 应 该 类 请 求 该 类 请 求 与 屏 蔽 字 无 关 ; 请 求 的 响 应 与 开 / 关 中 断 无 关

(4) 向 量 中 断 与 非 向 量 中 断 由 软 件 提 供 服 务 程 序 由 硬 件 提 供 服 务 程 序 入 口 地 址 入 口 地 址 6. 中 断 系 统 的 组 成 中 断 系 统 : 实 现 中 断 功 能 的 软 硬 件 系 统 总 称 (1) 软 件 : 服 务 程 序 中 断 向 量 表 中 断 系 统 的 硬 软 界 面 (2) 硬 件 接 口 方 面 : 请 求 传 递 判 优 逻 辑 CPU 方 面 : 响 应 逻 辑 7. 中 断 过 程 中 断 请 求 中 断 响 应 状 态 保 护 中 断 屏 蔽 中 断 处 理 恢 复 和 返 回

中 断 的 作 用 和 功 能 (1)CPU I/O 设 备 并 行 工 作, 提 高 CPU 工 作 效 率 (2) 利 用 中 断 来 处 理 故 障, 提 高 机 器 的 可 靠 性 如 硬 件 出 现 某 些 故 障, 机 器 中 断 系 统 发 出 中 断 请 求,CPU 响 应 中 断 后 自 动 进 行 处 理 (3) 实 现 人 机 联 系 用 户 抽 查 计 算 中 间 结 果, 了 解 机 器 的 工 作 状 态, 下 达 临 时 性 的 命 令 等 (4) 实 现 多 道 程 序 和 分 时 操 作 多 道 程 序 的 切 换 运 行 需 要 借 助 于 中 断 系 统, 也 可 以 通 过 分 配 每 道 程 序 一 个 固 定 时 间 片, 利 用 时 钟 定 时 发 中 断 进 行 程 序 切 换

(5) 实 现 实 时 处 理 实 时 处 理 : 某 个 事 件 或 现 象 出 现 时 及 时 地 进 行 处 理, 而 不 是 集 中 起 来 再 进 行 批 处 理 这 些 事 件 出 现 的 时 刻 是 随 机 的, 要 求 计 算 机 中 止 正 在 执 行 的 程 序, 转 而 去 执 行 中 断 服 务 程 序 (6) 实 现 应 用 程 序 和 操 作 系 统 的 联 系 可 以 在 用 户 程 序 中 安 排 一 条 Trap 指 令 进 入 操 作 系 统, 称 之 为 软 中 断 (7) 多 处 理 机 系 统 各 处 理 机 间 的 联 系 处 理 机 和 处 理 机 之 间 的 信 息 交 流 和 任 务 切 换 可 以 通 过 中 断 来 实 现

CPU 响 应 中 断 必 须 满 足 的 条 件 1. 中 断 源 有 中 断 请 求, 且 未 被 屏 蔽 2.CPU 允 许 接 受 中 断 请 求, 即 开 中 断 3. 一 条 指 令 执 行 完 毕 后 CPU 才 能 响 应 中 断, 并 且 当 前 执 行 的 不 是 停 机 指 令 4. 无 故 障 DMA 等 优 先 权 更 高 的 请 求 满 足 所 有 上 述 条 件,CPU 进 入 中 断 响 应 周 期 取 指 令 执 行 指 令 中 断 Y 响 应 中 断 关 中 断 保 存 断 点 现 场 开 中 断 执 行 中 断 服 务 程 序 N 关 中 断 恢 复 现 场 断 点 开 中 断 返 回 断 点

相 关 说 明 (1) 中 断 响 应 : 中 断 响 应 条 件 满 足, 处 理 机 从 一 个 程 序 切 换 到 另 一 个 程 序 (2) 中 断 服 务 程 序 : 为 处 理 意 外 情 况 或 有 意 安 排 的 任 务 而 编 写 的 程 序 (3) 中 断 请 求 的 检 测 与 屏 蔽 : 在 一 个 指 令 周 期 的 最 后 一 个 机 器 周 期 检 测 ; 当 外 部 中 断 源 申 请 中 断 时,CPU 是 否 响 应 还 要 取 决 于 其 内 部 的 中 断 允 许 触 发 器 的 设 置 IF=1, 允 许 中 断 申 请 ( 开 中 断 ); STI IF=0, 禁 止 中 断 申 请 ( 关 中 断 ) CLI

(4) 中 断 请 求 触 发 器 : 当 发 生 引 起 中 断 的 事 件 时 先 将 它 保 存 在 设 备 控 制 器 的 中 断 请 求 触 发 器 中, 即 将 中 断 触 发 器 的 相 应 位 置 1 (5) 堆 栈 与 断 点 的 保 护 程 序 被 中 断 的 地 址 称 为 断 点, 需 保 存 以 备 恢 复 执 行 时 使 用 保 存 断 点 的 地 方 为 栈 区, 一 般 采 取 内 存 中 开 辟 的 专 用 数 据 存 取 区 的 形 式 (6) 中 断 屏 蔽 当 产 生 中 断 请 求 后, 用 程 序 方 式 有 选 择 地 封 锁 部 分 中 断, 而 允 许 其 余 部 分 中 断 仍 得 到 响 应, 称 为 中 断 屏 蔽 为 每 个 中 断 源 设 置 一 个 中 断 屏 蔽 触 发 器 来 屏 蔽 该 设 备 的 中 断 请 求 置 1 则 对 应 的 设 备 封 锁 ; 置 0, 允 许 中 断 请 求 得 到 响 应

中 断 过 程 通 常 一 次 完 整 的 中 断 过 程 由 中 断 请 求 中 断 响 应 和 中 断 处 理 3 个 阶 段 组 成 (1) 中 断 请 求 (INTR): 中 断 源 向 CPU 发 中 断 请 求 信 号, 并 将 中 断 允 许 触 发 器 置 位, 以 保 持 请 求 状 态 (2) 中 断 响 应 (INTA): 中 断 响 应 条 件 满 足 时,CPU 就 响 应 中 断, 停 止 现 行 程 序 的 运 行, 准 备 进 入 中 断 处 理 阶 段 ( 执 行 中 断 隐 指 令 ) (3) 中 断 处 理 : 处 理 一 次 中 断 通 常 需 经 过 几 步 完 成

中 断 处 理 步 骤 1 关 中 断 2 保 存 断 点 保 存 现 场 3 判 别 中 断 源 与 优 先 级, 转 入 中 断 服 务 处 理 过 程 4 开 中 断 5 执 行 为 外 设 的 中 断 服 务 6 关 中 断 7 恢 复 现 场 8 开 中 断 9 中 断 返 回 关 中 断 保 存 断 点 保 存 现 场 判 别 中 断 源 与 优 先 级 转 入 中 断 服 务 程 序 开 中 断 执 行 中 断 服 务 程 序 关 中 断 恢 复 现 场 开 中 断 返 回 断 点

相 关 说 明 (1) 关 中 断 : 由 硬 件 自 动 实 现, 因 为 接 下 去 要 保 存 断 点, 保 存 现 场 在 保 存 现 场 过 程 中, 即 使 有 更 高 级 的 中 断 源 申 请 中 断,CPU 也 不 应 该 响 应 否 则, 如 果 现 场 保 存 不 完 整, 在 中 断 服 务 程 序 结 束 之 后, 也 就 不 能 正 确 地 恢 复 现 场 并 继 续 执 行 现 行 程 序 (2) 保 存 断 点 和 现 场 为 了 在 中 断 处 理 结 束 后 能 正 确 地 返 回 到 中 断 点, 在 响 应 中 断 时, 必 须 把 当 前 的 程 序 计 数 器 PC 中 的 内 容 ( 即 断 点 ) 保 存 起 来 现 场 信 息 一 般 指 的 是 程 序 状 态 字 中 断 屏 蔽 寄 存 器 和 CPU 中 某 些 寄 存 器 的 内 容

(3) 判 别 中 断 源, 转 向 中 断 服 务 程 序 : 在 多 个 中 断 源 同 时 请 求 中 断 的 情 况 下, 实 际 响 应 的 是 优 先 权 最 高 的 那 个 中 断 源 (4) 开 中 断 : 将 允 许 更 高 级 中 断 请 求 得 到 响 应 (5) 执 行 中 断 服 务 程 序 : 不 同 中 断 源 的 中 断 服 务 程 序 是 不 同 的 (6) 退 出 中 断 : 在 退 出 时, 先 关 中 断, 恢 复 现 场, 然 后 开 中 断 恢 复 断 点, 返 回 原 程 序 执 行 (7) 中 断 隐 指 令 : 进 入 中 断 时 执 行 的 关 中 断 保 存 断 点 ( 或 许 还 保 存 PSW) 将 中 断 服 务 程 序 的 入 口 地 址 装 入 PC 等 操 作 一 般 是 由 硬 件 实 现 的, 它 类 似 于 一 条 指 令, 称 为 中 断 隐 指 令

(8) 如 何 获 取 中 断 服 务 程 序 的 入 口 地 址 1 非 向 量 中 断 将 服 务 程 序 入 口 组 织 在 查 询 程 序 中 ;CPU 响 应 时 执 行 查 询 程 序, 查 询 中 断 源, 转 入 相 应 服 务 程 序 2 向 量 中 断 将 服 务 程 序 入 口 ( 中 断 向 量 ) 组 织 在 中 断 向 量 表 中 ; CPU 响 应 时 由 硬 件 直 接 产 生 相 应 向 量 地 址, 按 地 址 查 表, 取 得 服 务 程 序 入 口, 转 入 相 应 服 务 程 序 中 断 向 量 : 服 务 程 序 入 口 地 址 服 务 程 序 状 态 字 中 断 向 量 表 : 存 放 中 断 向 量 的 表 ( 一 段 存 储 区 ) 向 量 地 址 : 访 问 向 量 表 的 地 址 ( 指 向 中 断 向 量 的 首 址 )

中 断 源 及 优 先 级 判 别 优 先 权 : 多 个 中 断 同 时 发 生 时, 对 各 个 中 断 响 应 的 优 先 次 序 也 称 为 中 断 优 先 级 通 常 采 用 两 种 方 法 来 判 别 中 断 源 与 优 先 级 : 软 件 查 询 和 串 行 链 式 排 队 电 路 (1) 软 件 查 询 : 由 测 试 程 序 按 一 定 优 先 排 队 次 序 检 查 各 个 设 备 的 中 断 触 发 器 ( 或 称 为 中 断 标 志 ) 查 询 的 次 序 即 为 中 断 源 优 先 级 的 顺 序 灵 活 但 转 入 服 务 程 序 时 间 较 长

软 件 实 现 ( 程 序 查 询 ) 中 断 源 与 优 先 级 A B C 优 先 级 按 降 序 排 列 是 否 A 请 求? 否 是 否 B 请 求? 否 是 否 C 请 求? 否 是 是 是 转 A 的 服 务 程 序 入 口 地 址 转 B 的 服 务 程 序 入 口 地 址 转 C 的 服 务 程 序 入 口 地 址

(2) 串 行 排 队 链 法 : 由 硬 件 确 定 中 断 源 下 图 为 中 断 请 求 逻 辑 图 和 串 行 排 队 判 别 优 先 线 路 图 硬 件 实 现 中 断 判 优 逻 辑 ( 排 队 器 ) INTR 1 INTR 2 INTR 3 INTR 4 优 先 级 按 降 序 排 列 INTP 1 INTP 2 INTP 3 INTP 4 1 1 1 1 1 & & & INTR 1 INTR 2 INTR 3 INTR 4 链 式 排 队 器 电 路 原 理 特 点 : 中 断 优 先 级 的 响 应 次 序 由 硬 件 排 队 线 路 决 定 一 旦 设 计 完 成, 系 统 的 优 先 级 别 就 决 定 了, 缺 乏 改 变 优 先 权 级 别 的 灵 活 性

IR: 中 断 请 求 输 入 线 IG: 中 断 许 可 输 出 线 CPU IG IR 设 备 1 中 断 判 优 的 三 种 方 式 设 备 n CPU IR1 IG1 设 备 1 IRn IGn 设 备 n 链 式 查 询 中 断 示 意 图 独 立 请 求 中 断 示 意 图 CPU IR1 IG1 IRn IGn 设 备 设 备 设 备 设 备 分 组 链 式 中 断 示 意 图

多 重 中 断 1. 多 重 中 断 的 概 念 单 级 中 断 : 在 执 行 中 断 服 务 程 序 的 过 程 中, 如 果 只 能 为 本 次 中 断 服 务, 不 允 许 打 断 该 服 务 程 序 只 有 在 服 务 程 序 完 成 后, 才 能 响 应 新 的 中 断 请 求 多 重 中 断 : 指 多 个 中 断 源 的 计 算 机 系 统 中, 按 照 各 自 的 优 先 权 并 以 嵌 套 方 式 工 作 的 中 断 k l m k +1 l +1 m +1 第 一 次 中 断 第 二 次 中 断 第 三 次 中 断 程 序 断 点 k+1, l+1, m+1 优 先 原 则 : 优 先 权 级 别 高 的 优 先 处 理, 级 别 低 的 后 处 理

多 重 中 断 在 多 重 中 断 系 统 中, 每 一 个 中 断 源 分 配 给 一 个 优 先 级, 这 是 根 据 中 断 事 件 的 轻 重 缓 急 程 度 而 分 成 的 若 干 级 别,CPU 先 响 应 高 级 中 断 的 请 求 多 重 中 断 处 理 ( 中 断 嵌 套 ): 在 处 理 某 一 个 中 断 的 过 程 中 又 发 生 了 新 的 更 高 级 中 断 源 的 中 断 申 请, 且 CUP 又 处 于 开 中 断 状 态 下,CPU 就 要 中 断 该 服 务 程 序 的 执 行, 在 保 存 断 点 和 现 场 后, 转 去 响 应 优 先 级 更 高 的 中 断 请 求, 并 执 行 新 的 中 断 服 务 程 序

2. 实 现 多 重 中 断 的 条 件 (1) 提 前 设 置 开 中 断 指 令 (2) 优 先 级 别 高 的 中 断 源 有 权 中 断 优 先 级 别 低 的 中 断 源 主 程 序 中 断 服 务 程 序 ( A B C D 优 先 级 按 降 序 排 列 ) 中 断 请 求 B, C A B C D D A

3. 中 断 屏 蔽 技 术 (1) 中 断 优 先 级 调 整 : 采 用 中 断 屏 蔽 寄 存 器, 用 软 件 设 置 灵 活 的 优 先 顺 序 (2) 中 断 屏 蔽 : 给 每 个 中 断 源 配 置 一 位 屏 蔽 触 发 器, 置 1 表 示 阻 止 该 中 断 源 的 请 求,0 表 示 可 以 正 常 申 请, 并 将 所 有 的 触 发 器 组 成 一 个 中 断 屏 蔽 寄 存 器, 通 过 指 令 可 对 其 设 置 和 修 改 在 有 优 先 级 中 断 屏 蔽 码 ( 字 ) 控 制 的 条 件 下, 可 以 不 改 变 系 统 排 队 线 路, 使 其 中 断 响 应 次 序 不 同 改 变 屏 蔽 码 可 以 临 时 改 变 各 设 备 之 间 中 断 处 理 次 序, 所 以 屏 蔽 码 可 看 成 中 断 处 理 过 程 中 的 软 排 队 器

(3) 中 断 屏 蔽 电 路 实 现 INTP 1 INTP 2 INTP 3 INTP 4 1 1 1 1 1 & & & INTR 1 INTR 2 INTR 3 INTR 4 MASK 1 MASK 2 MASK 3 MASK 4 1 中 断 屏 蔽 的 作 用 MASK i = 0( 未 屏 蔽 ) MASK i = 1 ( 屏 蔽 ) INTP i 能 被 置 1 INTP i = 0 ( 不 能 被 排 队 选 中 )

2 屏 蔽 字 例 :16 个 中 断 源 1 2 3 16 按 降 序 排 列 优 先 级 屏 蔽 字 1 2 3 4 5 6 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 15 16 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 3 屏 蔽 技 术 可 改 变 优 先 等 级 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 6 # 比 5 # 优 先 级 高

(4) 中 断 屏 蔽 技 术 的 应 用 实 现 多 重 中 断 ( 屏 蔽 同 低 级, 开 放 高 级 ) 动 态 改 变 优 先 级 ( 屏 蔽 高 级, 开 放 低 级 ) 1 在 多 重 中 断 方 式 中, 当 CPU 响 应 某 个 中 断 请 求 后, 送 出 一 个 新 的 屏 蔽 字, 以 禁 止 与 该 请 求 同 一 优 先 级 或 更 低 级 优 先 级 的 其 它 请 求 只 允 许 比 该 请 求 优 先 级 高 的 其 它 中 断 请 求 提 出 申 请 2 动 态 地 修 改 优 先 级 : 硬 件 排 优 逻 辑 所 分 配 的 优 先 级 是 固 定 的, 有 时 要 临 时 动 态 的 修 改 优 先 顺 序, 可 利 用 屏 蔽 字 来 临 时 调 整

例 1: 假 设 某 机 有 设 备 1 2 3 和 4, 共 4 个 设 备 中 断 源, 每 个 中 断 源 具 有 不 同 的 优 先 权, 共 1 2 3 4 级 优 先 权 设 其 中 断 源 的 优 先 级 别 从 高 到 低 分 别 为 1 2 3 4 的 顺 序 每 级 对 应 1 个 屏 蔽 码 表 1 列 出 中 断 响 应 优 先 级 与 屏 蔽 级 一 致 情 况 下 的 屏 蔽 码 程 序 级 别 1 级 2 级 3 级 4 级 表 1 中 断 屏 蔽 码 设 备 屏 蔽 码 1 2 3 4 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 说 明 0 为 开 放 1 为 屏 蔽

中 断 请 求 主 程 序 中 断 处 理 程 序 1 2 3 4 t1 3,2 4 t2 t3 t4 2 1 t5 t 多 重 中 断 处 理 示 意 图

开 始 同 时 出 现 设 备 2 和 3 中 断 请 求 按 排 队 线 路,2 的 优 先 级 高 于 3 而 先 响 应 2 执 行 设 备 2 的 中 断 服 务 程 序 并 保 护 现 场 和 原 屏 蔽 字 后, 将 2 级 程 序 的 屏 蔽 码 0111 置 入 各 接 口 屏 蔽 寄 存 器, 它 屏 蔽 3 和 4 的 中 断 请 求 此 时,4 级 又 提 出 中 断 请 求,CPU 暂 不 予 理 睬 执 行 完 2 级 服 务 程 序 后 恢 复 原 屏 蔽 码, 返 回 主 程 序 后 再 响 应 3 的 请 求 3 级 中 断 程 序 执 行 完 后 再 响 应 4 级 的 中 断 假 若 CPU 再 次 执 行 2 级 中 断 服 务 程 序 时, 出 现 了 1 级 中 断 请 求, 由 于 其 屏 蔽 字 0111 已 置 入 屏 蔽 寄 存 器, 对 1 级 中 断 是 开 放 的 又 因 1 优 先 级 高 于 2, 则 CPU 暂 停 对 2 级 中 断 服 务 程 序 的 执 行, 转 去 执 行 第 1 级 中 断 服 务 程 序 待 第 1 级 中 断 服 务 程 序 执 行 完 后, 再 去 执 行 第 2 级 中 断 服 务 程 序 在 本 例 中, 中 断 请 求 次 序 为 2 3 4 2 l; 而 中 断 完 成 次 序 为 2 3 4 l 2, 两 者 不 相 同 图 中 纵 向 表 示 各 中 断 源 申 请 中 断 的 先 后 时 间, 横 向 表 示 中 断 优 先 级 别

例 2: 假 定 硬 件 原 来 的 排 队 响 应 顺 序 为 0 1 2, 在 不 改 变 硬 件 排 队 次 序 的 情 况 下, 欲 临 时 改 变 中 断 优 先 顺 序 为 1 2 0, 试 设 置 中 断 屏 蔽 字 解 : 可 以 采 用 改 变 中 断 屏 蔽 码 来 实 现 中 断 响 应 次 序 1 2 0 如 表 2 所 示 三 个 中 断 源 同 时 申 请 时 的 中 断 优 先 顺 序 如 图 所 示 表 2 修 改 的 中 断 屏 蔽 码 程 序 级 别 屏 蔽 码 0 1 2 0 级 中 断 1 0 0 1 级 中 断 1 1 1 2 级 中 断 1 0 1 原 程 序 0 级 中 断 1 级 中 断 2 级 中 断 中 断 优 先 顺 序 图

4. 多 重 中 断 响 应 过 程 单 级 中 断 流 程 : 保 护 现 场 具 体 服 务 处 理 恢 复 现 场 开 中 断 返 回 中 断 返 回 外 中 断 : 数 据 传 送 禁 止 同 级 或 更 低 级 别 的 请 求, 开 放 更 高 级 别 的 请 求 多 重 中 断 流 程 : 关 中 断 保 护 现 场 送 新 屏 蔽 字 开 中 断 具 体 服 务 处 理 关 中 断 恢 复 现 场 及 原 屏 蔽 字 开 中 断 中 断 返 回

7.4.3 DMA 方 式 DMA 方 式 基 本 概 念 DMA 是 l/o 设 备 与 主 存 储 器 之 间 由 硬 件 组 成 的 直 接 数 据 通 路, 主 要 用 于 高 速 I/O 设 备 与 主 存 之 间 的 成 批 数 据 传 送 目 的 : 减 少 大 批 量 数 据 传 输 时 CPU 的 开 销 方 法 : 在 专 用 硬 件 DMA 控 制 器 控 制 下, 生 成 当 前 正 在 传 送 的 数 据 的 主 存 地 址, 并 统 计 传 送 数 据 的 个 数 以 确 定 一 组 数 据 的 传 送 是 否 已 结 束 在 主 存 中 要 开 辟 连 续 地 址 的 专 用 缓 冲 器, 用 来 提 供 或 接 收 传 送 的 数 据 在 数 据 传 送 之 前 和 结 束 后 要 通 过 程 序 或 中 断 方 式 对 缓 冲 器 和 DMA 控 制 器 进 行 预 处 理 和 后 处 理

DMA 与 中 断 的 区 别 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 由 硬 件 (DMAC) 独 立 完 成 CPU 对 中 断 响 应 时 间 只 能 发 生 在 每 条 指 令 执 行 完 毕, 而 对 DMA 响 应 的 时 间 可 以 发 生 在 每 个 机 器 周 期 的 结 束 指 令 周 期 取 指 令 代 码 译 码 取 操 作 数 执 行 DMA 有 4 个 切 入 点 中 断 断 点

DMA 三 种 工 作 方 式 1. 独 占 总 线 ( 霸 道 ) CPU 暂 停 方 式, 主 机 响 应 DMA 请 求 后 让 出 总 线, 从 传 送 首 字 开 始 直 到 成 组 数 据 传 送 完 毕,DMA 控 制 器 掌 控 总 线 不 放 采 用 这 种 工 作 方 式 的 I/O 设 备, 在 其 接 口 中 一 般 设 置 有 存 取 速 度 较 快 的 小 容 量 存 储 器 I/O 设 备 与 小 容 量 存 储 器 先 交 换 数 据, 然 后 小 容 量 存 储 器 再 与 主 机 交 换 数 据, 这 样 可 减 少 DMA 传 送 占 用 存 储 总 线 的 时 间, 也 即 减 少 CPU 暂 停 工 作 时 间 该 方 式 也 称 为 成 组 连 续 传 送 方 式, 它 可 减 少 系 统 总 线 控 制 权 的 交 换 次 数, 有 利 于 提 高 输 入 输 出 速 度 适 用 于 高 速 外 设 或 单 用 户 状 态 下 的 个 人 计 算 机

2. CPU 周 期 挪 用 ( 见 缝 插 针 礼 让 ) 趁 存 储 器 空 闲 时 DMA 占 用 总 线 周 期 传 送 一 个 字 若 与 CPU 发 生 总 线 争 用 时,CPU 让 出 一 个 总 线 周 期 给 DMA, 即 CPU 暂 停 工 作 一 个 周 期, 然 后 继 续 使 用 总 线 该 方 式 也 称 为 单 字 传 送 方 式 3. 交 替 方 式 直 接 访 问 存 储 器 工 作 方 式, 与 CPU 轮 流 使 用 一 个 时 间 片, 不 需 要 申 请 建 立 和 释 放 手 续 这 是 标 准 的 DMA 工 作 方 式 如 传 送 数 据 时 CPU 正 好 不 占 用 总 线, 则 对 CPU 不 产 生 任 何 影 响 如 同 时 需 要 访 问 总 线, 则 DMA 的 优 先 级 高 于 CPU

DMA 控 制 器 组 成 数 据 总 线 总 线 请 求 控 制 总 线 地 址 总 线 地 址 译 码 器 总 线 允 许 数 据 缓 冲 寄 存 器 控 制 / 状 态 逻 辑 地 址 计 数 器 请 求 寄 存 器 字 计 数 器 中 断 逻 辑 DMA 请 求 DMA 回 答 计 数 结 束 信 号 DMA 控 制 器 框 图

1. 组 成 DMA 控 制 器 的 主 要 寄 存 器 (1) 主 存 地 址 计 数 器 : 存 放 要 交 换 数 据 的 内 存 地 址 该 寄 存 器 初 始 值 为 主 存 在 缓 冲 区 的 首 地 址, 在 传 送 前 要 由 程 序 送 入 主 存 缓 冲 区 地 址 是 连 续 的, 在 DMA 传 送 期 间, 每 交 换 一 个 字 由 硬 件 逻 辑 将 其 自 动 加 1 而 成 为 下 一 次 数 据 传 送 的 主 存 地 址 (2) 请 求 寄 存 器 : 存 放 I/O 设 备 的 DMA 请 求 标 志 ( 触 发 ), 能 接 收 并 记 忆 ; 它 在 启 动 传 送 的 同 时 复 位, 为 下 一 请 求 做 准 备 (3) 字 计 数 器 (WC): 存 放 传 送 数 据 的 数 量 在 传 送 开 始 前, 由 程 序 将 要 传 送 的 一 组 数 据 的 字 数 送 入 WC, 以 后 每 传 送 一 个 字 ( 或 字 节 ) 计 数 器 自 动 减 1, 当 WC 内 容 为 零 时 表 示 数 据 已 全 部 传 送 完 毕, 自 动 发 中 断 请 求 信 号

(4) 数 据 缓 冲 寄 存 器 (DBR): 暂 存 I/O 设 备 与 主 存 传 送 的 数 据 通 常 DMA 与 主 存 之 间 是 按 字 传 送 的, 而 DMA 与 设 备 之 间 是 按 字 节 或 块 传 送 的 因 此,DMA 还 可 能 要 包 括 装 配 和 拆 卸 字 信 息 的 硬 件 如 数 据 移 位 缓 冲 寄 存 器 字 节 计 数 器 等 (5) 控 制 与 状 态 寄 存 器 (CSR): 用 来 存 放 控 制 字 和 状 态 字, 有 的 接 口 中 使 用 两 个 寄 存 器 分 别 存 放 控 制 字 和 状 态 字 各 寄 存 器 均 有 自 己 的 总 线 地 址, 它 们 是 主 存 的 指 定 单 元 或 I/O 设 备 号,CPU 可 对 这 些 寄 存 器 进 行 读 / 写

2. 中 断 控 制 逻 辑 DMA 中 断 控 制 逻 辑 负 责 申 请 CPU 对 DMA 进 行 预 处 理 和 后 处 理 向 CPU 报 告 一 组 数 据 交 换 结 束 3. 控 制 / 状 态 逻 辑 一 般 包 括 设 备 码 选 择 电 路 ;DMA 优 先 排 队 电 路, 产 生 DMA 请 求 的 线 路 等 ; 在 DMA 取 得 总 线 控 制 权 后 控 制 主 存 和 设 备 之 间 的 数 据 传 送 ( 修 改 两 个 计 数 器 指 定 传 送 功 能 协 调 应 答 信 号 的 配 合 与 同 步 )

DMA 的 传 送 数 据 工 作 流 程 DMA 的 数 据 传 送 过 程 可 分 为 三 个 阶 段 :DMA 传 送 前 预 处 理 数 据 传 送 及 传 送 结 束 后 处 理 CPU 预 处 理 内 存 起 始 地 址 DMA 设 备 地 址 DMA 传 送 数 据 个 数 DMA 启 动 设 备 数 据 传 送 继 续 执 行 主 程 序, 同 时 完 成 一 批 数 据 传 送 后 处 理 中 断 服 务 程 序 进 行 DMA 结 束 处 理 DMA 数 据 传 送 三 个 阶 段 N N DMA 请 求 允 许 传 送? Y 主 存 地 址 送 总 线 ; 数 据 送 I/O 设 备 ( 或 主 存 ); 主 存 地 址 加 1; WC 内 容 ( 传 送 个 数 ) 数 据 块 传 送 结 束? Y 向 CPU 申 请 程 序 中 断 第 二 阶 段 数 据 传 送 过 程

三 种 方 式 的 CPU 工 作 效 率 比 较 程 序 查 询 方 式 CPU 执 行 现 行 程 序 启 动 I/O CPU 查 询 等 待 并 传 输 I/O 数 据 I/O 准 备 及 传 送 CPU 执 行 现 行 程 序 程 序 中 断 方 式 DMA 方 式 CPU 执 行 现 行 程 序 指 令 执 行 周 期 结 束 启 动 I/O 中 断 请 求 I/O 准 备 一 个 存 取 周 期 CPU 执 行 现 行 程 序 存 取 周 期 结 束 启 动 I/O DMA 请 求 I/O 准 备 间 断 CPU 执 行 现 行 程 序 CPU 执 行 现 行 程 序 I/O 准 备 I/O 准 备 CPU 处 理 中 断 服 务 程 序 实 现 I/O 与 主 机 之 间 的 传 送 实 现 I/O 与 主 存 之 间 的 传 送

例 1: 在 程 序 查 询 方 式 的 输 入 / 输 出 系 统 中, 假 设 不 考 虑 处 理 时 间, 每 一 个 查 询 操 作 需 要 100 个 时 钟 周 期,CPU 的 时 钟 频 率 为 50MHz 现 有 鼠 标 和 硬 盘 两 个 设 备, 而 且 CPU 必 须 每 秒 对 鼠 标 进 行 30 次 查 询, 硬 盘 以 32 位 字 长 为 单 位 传 输 数 据, 即 每 32 位 被 CPU 查 询 一 次, 传 输 率 为 2MB/s 求 CPU 对 这 两 个 设 备 查 询 所 花 费 的 时 间 比 率, 由 此 可 得 出 什 么 结 论? 解 : (1) CPU 对 鼠 标 的 查 询 占 用 CPU 的 时 间 比 率 为 : 100 30 / (50 10 6 ) 100% = 0.006% (2) 对 磁 盘 的 查 询 占 用 CPU 的 时 间 比 率 为 : (100 2/4 1024 1024) / (50 10 6 ) 100% = 105% 结 论 : 以 上 结 果 表 明, 对 鼠 标 的 查 询 基 本 不 影 响 CPU 的 性 能, 而 即 使 CPU 将 全 部 时 间 都 用 于 对 磁 盘 的 查 询 也 不 能 满 足 磁 盘 传 输 的 要 求, 所 以 CPU 一 般 不 采 用 程 序 查 询 方 式 与 磁 盘 交 换 信 息

例 2:(2009 年 考 研 真 题 ) 某 计 算 机 的 CPU 主 频 为 500MHz,CPI 为 5( 即 执 行 每 条 指 令 平 均 需 要 5 个 时 钟 周 期 ) 假 设 某 外 设 的 数 据 传 输 率 为 0.5MB/s, 采 用 中 断 方 式 与 主 机 进 行 数 据 传 送, 以 32 位 为 传 输 单 位, 对 应 的 中 断 服 务 程 序 包 含 18 条 指 令, 中 断 服 务 的 其 他 开 销 相 当 于 2 条 指 令 的 执 行 时 间 请 回 答 下 列 问 题, 要 求 给 出 计 算 过 程 (1) 在 中 断 方 式 下,CPU 用 于 该 外 设 I/O 的 时 间 占 整 个 CPU 时 间 的 百 分 比 是 多 少? (2) 当 该 外 设 的 数 据 传 输 率 达 到 5MB/s 时, 改 用 DMA 方 式 传 送 数 据 假 定 每 次 DMA 传 送 块 大 小 为 5000B, 且 DMA 预 处 理 和 后 处 理 的 总 开 销 为 500 个 时 钟 周 期, 则 CPU 用 于 该 外 设 I/O 的 时 间 占 整 个 CPU 时 间 的 百 分 比 是 多 少?( 假 设 DMA 与 CPU 之 间 没 有 访 存 冲 突 )

解 :(1) 外 设 每 秒 传 送 0.5MB, 中 断 时 每 次 传 送 4B, 中 断 方 式 下,CPU 每 次 用 于 数 据 传 送 的 时 钟 周 期 数 :5 (18+2)=100 为 达 到 外 设 0.5MB/s 的 数 据 传 输 率, 则 外 设 每 秒 申 请 的 中 断 次 数 :0.5MB/ 4B=125000 1 秒 内 用 于 中 断 的 开 销 : 100 125000= 12500000=12.5M 个 时 钟 周 期 CPU 用 于 该 外 设 I/O 的 时 间 占 整 个 CPU 时 间 的 百 分 比 : 12.5M/500M=2.5% (2) 当 该 外 设 的 数 据 传 输 率 达 到 5MB/s 时, 改 用 DMA 方 式 传 送, 每 次 DMA 传 送 5000B,1 秒 内 需 产 生 的 DMA 次 数 : 5MB/5000B=1000 1 秒 内 CPU 用 于 DMA 的 总 开 销 : 500 1000= 500000=0.5M 个 时 钟 周 期 则 CPU 用 于 该 外 设 I/O 的 时 间 占 整 个 CPU 时 间 的 百 分 比 : 0.5M/500M=0.1%

7.4.4 I/O 通 道 控 制 方 式 1. 基 本 概 念 I/O 通 道 是 具 有 输 入 / 输 出 处 理 器 控 制 的 输 入 / 输 出 部 件, 是 计 算 机 系 统 中 代 替 CPU 管 理 控 制 外 设 的 独 立 部 件, 它 是 一 种 能 执 行 有 限 I/O 指 令 集 合, 即 通 道 命 令 的 I/O 处 理 机 能 够 根 据 程 序 控 制 多 个 外 部 设 备 并 提 供 DMA 共 享 的 功 能 通 道 是 一 种 通 过 执 行 通 道 程 序 管 理 I/O 操 作 的 控 制 器, 它 使 主 机 与 I/O 操 作 之 间 达 到 更 高 的 并 行 程 度 由 于 它 的 任 务 是 管 理 实 现 输 入 / 输 出 操 作, 提 供 一 种 传 送 通 道, 所 以 将 这 种 控 制 部 件 称 作 通 道

2. 通 道 工 作 过 程 (1) 启 动 通 道 (2) 数 据 传 输 (3) 结 束 处 理 这 样, 每 完 成 一 次 输 入 / 输 出 工 作,CPU 只 需 两 次 调 用 管 理 程 序, 大 大 减 少 了 对 用 户 程 序 的 打 扰 3. 通 道 与 DMA 方 式 的 区 别 (1)DMA 控 制 器 完 全 借 助 于 专 门 的 硬 件 控 制 逻 辑 实 现 数 据 传 送 ; 而 通 道 则 是 具 有 特 殊 功 能 的 处 理 器, 通 过 执 行 通 道 程 序 与 硬 件 一 起 完 成 数 据 传 送 通 道 具 有 更 强 的 独 立 处 理 数 据 输 入 / 输 出 的 功 能 (2)DMA 控 制 器 只 能 控 制 一 台 或 少 数 几 台 同 类 设 备 ; 而 通 道 则 可 以 同 时 控 制 许 多 台 同 类 或 不 同 类 的 设 备

通 道 的 类 型 根 据 多 台 设 备 共 享 通 道 的 不 同 情 况, 可 将 通 道 分 为 : 字 节 多 路 通 道 数 组 多 路 通 道 和 选 择 通 道 选 择 通 道 能 连 接 多 个 但 同 时 只 选 择 其 中 一 个 I/O 设 备, 多 路 通 道 同 时 能 处 理 多 个 I/O 设 备 (1) 字 节 多 路 通 道 (multiplexor channel) 以 字 节 方 式 轮 流 为 多 台 字 符 类 低 速 和 中 速 外 设 服 务 的 通 道 简 单 的 共 享 通 道, 要 求 每 种 设 备 分 时 占 用 一 个 很 短 的 时 间 片, 不 同 的 设 备 在 各 自 分 得 的 时 间 片 内 与 通 道 建 立 传 输 连 接, 实 现 数 据 的 传 送

(2) 选 择 通 道 以 成 块 方 式 逐 个 为 优 先 级 高 的 多 台 高 速 外 围 设 备 服 务 每 次 只 能 从 所 连 接 的 设 备 中 选 择 一 台 I/O 设 备 的 通 道 程 序 此 刻 该 通 道 程 序 独 占 了 整 个 通 道 当 它 与 主 存 交 换 完 数 据 后, 才 能 转 去 执 行 另 一 个 设 备 的 通 道 程 序, 为 另 一 台 设 备 服 务 因 此, 连 接 在 选 择 通 道 上 的 若 干 设 备, 只 能 依 次 使 用 通 道 与 主 存 传 送 数 据 数 据 传 送 是 以 数 据 块 方 式 进 行, 每 次 传 送 一 个 数 据 块, 传 送 速 率 很 高

(3) 数 组 多 路 通 道 以 成 组 方 式 工 作 的 高 速 多 路 通 道 连 接 多 台 高 速 外 设, 每 次 为 一 台 传 送 一 个 数 据 块, 并 轮 流 为 它 们 服 务 在 为 一 台 高 速 外 设 数 据 的 同 时, 可 以 有 多 台 在 定 位 或 找 扇 区 把 字 节 多 路 通 道 和 选 择 通 道 的 特 点 结 合 起 来 它 有 多 个 子 通 道, 既 可 以 执 行 多 路 通 道 程 序, 像 字 节 多 路 通 道 那 样, 所 有 子 通 道 分 时 共 享 总 通 道 ; 又 可 以 用 选 择 通 道 那 样 的 方 式 传 送 数 据 具 有 多 路 并 行 操 作 能 力, 又 具 有 很 高 的 数 据 传 送 速 率, 赢 得 了 吞 吐 率 的 较 大 提 高 缺 点 是 增 加 了 控 制 的 复 杂 性

通 道 的 基 本 功 能 (1) 接 受 CPU 的 I/O 指 令 选 择 某 一 指 定 外 设 与 系 统 相 连, 向 该 外 设 发 出 操 作 命 令, 并 进 行 初 始 化 (2) 读 取 并 执 行 通 道 程 序 (3) 控 制 外 设 与 主 存 之 间 的 数 据 传 送 (4) 读 取 外 设 的 状 态 信 息, 并 形 成 和 保 存 通 道 本 身 的 状 态 信 息, 以 便 提 供 给 CPU (5) 向 CPU 发 中 断 请 求 通 道 除 了 承 担 DMA 的 全 部 功 能 外, 还 承 担 了 设 备 控 制 器 的 初 始 化 工 作, 并 包 括 了 低 速 外 设 单 个 字 符 传 送 的 程 序 中 断 功 能, 因 此 它 分 担 了 计 算 机 系 统 中 全 部 或 大 部 分 I/O 功 能, 提 高 了 计 算 机 系 统 功 能 分 散 化 程 度

通 道 结 构 的 发 展 通 道 技 术 的 进 一 步 发 展, 出 现 了 独 立 性 与 功 能 更 强 的 输 入 / 输 出 处 理 机 (IOP) 和 外 围 处 理 机 (PPU) (1) 通 道 结 构 的 IOP: 不 是 一 台 独 立 的 计 算 机, 而 是 计 算 机 系 统 中 的 一 个 部 件 IOP 可 以 和 CPU 并 行 工 作, 提 供 高 速 的 DMA 处 理 能 力, 实 现 数 据 的 高 速 传 送 有 些 IOP 还 提 供 数 据 的 变 换 搜 索 和 字 装 配 / 分 拆 等 能 力, 有 较 多 的 I/O 指 令 集 IOP 方 式 是 通 道 方 式 的 进 一 步 的 发 展, 大 多 应 用 在 中 大 型 计 算 机 中 (2) 外 围 处 理 机 (PPU): 基 本 上 独 立 于 主 处 理 机 工 作, 结 构 更 接 近 于 一 般 处 理 机, 或 者 就 是 选 用 已 有 的 通 用 机 有 自 己 的 指 令 系 统, 可 完 成 算 术 / 逻 辑 运 算 读 / 写 主 存 与 外 设 交 换 信 息 等 应 用 于 大 型 高 效 率 的 计 算 机 系 统 中 在 巨 型 机 中, 常 采 用 多 台 外 围 处 理 机