第八章 输入输出系统

1、基本概念

名称	概念
直接内存访问(DMA)方式	是一种完全由硬件（称为 DMA 控制器）执行、在 I/O 设备和内存之间直接交换批量信息的工作方式，包括 DMA 请求、DMA 响应、DMA 传输、DMA 结束处理等步骤。在 DMA 传输过程中，DMA 控制器从 CPU 接管总线控制权，向内存发出地址和控制信号、修改地址、计数、以中断方式向 CPU 报告 DMA 传输结束，数据交换不经过 CPU，而直接在内存和 I/O 设备之间进行 。
通道	是一个特殊功能的处理器（基于微处理器 CPU、单片机实现的），它有自己的指令和程序（通道指令、通道程序）专门负责数据输入/输出的传输控制，而 CPU 将“传输控制”的功能下放给通道后只负责“数据处理”功能。CPU 和通道分时使用系统总线和存储器，实现了 CPU 内部运算与 I/O 设备的并行工作。
外围处理机方式 PPU	基本上是独立于主机工作，它有自己的指令系统，只是侧重于 I/O 管理。结构上接近一台计算机、或者就是一台通用计算机，也称为 I/O 管理前置机。

2、程序查询方式处理过程

3、程序中断方式处理过程

• ①一条指令完整执行完以后，查询是否有中断请求、是否有 DMA 请求等；
• ②如果有中断请求，则判断是否响应该中断（优先级等）；
• ③关中断（中断屏蔽置位）：单级中断系统中，一个中断被响应，必须该中断处理结束以后才能响应其它中断请求；多级中断系统中，允许中断嵌套，即允许高优先级中断低优先级的服务子程序；
• ④找出中断源：确定是哪个设备的中断请求；
• ⑤保存 PC：即保存返回地址，硬件实现自动推入堆栈保存；
• ⑥形成中断服务子程序的入口地址：常采用向量中断法；
• ⑦保存 CPU 现场：标志寄存器、通用寄存器内容送入堆栈保存；
• ⑧设备服务：CPU 与 I/O 设备之间交换一个机器字的数据；
• ⑨恢复 CPU 现场：从堆栈中把原来的状态寄存器、通用寄存器内容拿出来；
• ⑩开中断：本次中断请求处理完成，允许响应其它中断请求；
• ⑪中断返回：从堆栈中把返回地址拿出来，送 PC。

4、基本 DMA 控制器的逻辑结构

1、字计数器

• CPU 初始化 DMA 控制器时，写入数据块长度初值。
• 初值通常以补码（2n-x）形式表示，如字计数器 8 位，数据块长度 125，则初值 256-125=131。
• 每传送一个字，字计数器加 1 。当计数器溢出时，表示数据块传送结束，溢出信号通过中断机构， 向 CPU 申请中断。

2、内存地址计数器

• CPU 初始化 DMA 控制器时，写入内存数据块起始地址。
• 每交换一个字数据后，地址计数器自动增量“加 1”。