計(jì)算機(jī)組成原理-輸入輸出系統(tǒng)-電子工業(yè)出版社-羅克露課件

第五章輸入輸出系統(tǒng)主要知識(shí)點(diǎn)：1．主機(jī)與輸入輸出設(shè)備間傳送數(shù)據(jù)的四種控制方式2．系統(tǒng)總線的結(jié)構(gòu)，理解輸入/輸出接口的分類、功能及基本組成。3．中斷處理的全過(guò)程，中斷優(yōu)先、中斷屏蔽、中斷嵌套、中斷向量的概念。4．DMA方式的原理和工作過(guò)程重點(diǎn)與難點(diǎn)：程序中斷的概念、中斷系統(tǒng)的組成、中斷處理的具體過(guò)程、DMA方式的基本原理。

5.1概述

輸入輸出系統(tǒng)包括：（1）硬件部分：外部設(shè)備、接口、系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線是連接主機(jī)與外設(shè)的信息載體；接口是控制主機(jī)與外設(shè)間信息傳送控制方式的電路（2）軟件部分：設(shè)備控制程序、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、用戶I/O程序。設(shè)備控制程序是指在一些設(shè)備控制器中由微處理器執(zhí)行的程序；設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序是指“操作系統(tǒng)”中一組對(duì)外設(shè)的驅(qū)動(dòng)程序。一、主機(jī)與外設(shè)的連接模式

1、總線型是微型計(jì)算機(jī)中最常用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，見(jiàn)下圖。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于擴(kuò)展、易于實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)：信息吞吐量有限、速度較慢。2、輻射型結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：每個(gè)外設(shè)與主機(jī)間有各自獨(dú)立的數(shù)據(jù)通路。

優(yōu)點(diǎn)：各個(gè)設(shè)備具有獨(dú)立的通路，相互干擾小，可靠性高。缺點(diǎn)：不能實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)備間的直接通信。3、通道控制方式與輸入輸出處理機(jī)（IOP）方式

通道本身是一個(gè)專門(mén)管理輸入/輸出的控制器。通道控制器的進(jìn)一步發(fā)展，使之成為一個(gè)處理器，就是IOP方式。特點(diǎn)：信息傳送的吞吐量大，大型計(jì)算機(jī)中采用。二、總線類型與總線標(biāo)準(zhǔn)總線是一組可以分時(shí)、共享的公共信息傳輸線路。1、按系統(tǒng)組成分類：（1）單總線（2）多總線（3）局部總線（4）系統(tǒng)總線2、按數(shù)據(jù)傳送格式分

并行總線串行總線3、按時(shí)序控制方式分

同步總線異步總線4、總線標(biāo)準(zhǔn)

微機(jī)中有：PC總線

ISA總線

EISA總線

PCI總線等三、接口的功能與分類

1、接口功能主要有4點(diǎn)：尋址數(shù)據(jù)緩沖數(shù)據(jù)格式變換、電平轉(zhuǎn)換控制邏輯2、接口分類并行接口與串行接口同步接口與異步接口中斷接口、DMA接口等等3、接口的主要部件組成：數(shù)據(jù)緩沖器設(shè)備地址識(shí)別線路設(shè)備狀態(tài)寄存器主機(jī)命令字寄存器數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換控制邏輯4、I/O接口（I/O設(shè)備）的編址方式（1）統(tǒng)一編址方式（2）獨(dú)立編址方式5.2系統(tǒng)總線一、總線信號(hào)組成

1、總線標(biāo)準(zhǔn)的制定應(yīng)描述出總線的4個(gè)特性：物理特性（機(jī)械特性）電氣特性邏輯特性（功能特性）時(shí)序特性

2、按邏輯特性分，系統(tǒng)總線分為4組：（1）電源線、地線（2）地址線（3）數(shù)據(jù)線（4）控制信號(hào)線

控制信號(hào)線通常包括：（1）復(fù)位信號(hào)（RESET）（2）同步定時(shí)信號(hào)例：CPU時(shí)鐘（CLOCK）、總線狀態(tài)信號(hào)（S0，S1）、刷新同步（REFESH）、機(jī)器周期同步（MCSYNC）等（3）異步應(yīng)答信號(hào)主同步（MSYNC）、從同步（SSYNC）（4）總線控制權(quán)信號(hào)總線請(qǐng)求（BREQ）、總線批準(zhǔn)（BACK）、總線忙（BUSY）（5）中斷請(qǐng)求與批準(zhǔn)信號(hào)中斷請(qǐng)求（IREQ1—IREQ7）、中斷響應(yīng)（INTA）（6）數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)存儲(chǔ)器讀（MEMR）、存儲(chǔ)器寫(xiě)（MEMW）、輸入輸出設(shè)備讀（IOR）、輸入輸出設(shè)備寫(xiě)（IOW）二、總線操作時(shí)序1、同步控制方式2、異步控制方式5.3直接程序傳送方式及接口一、基本原理通過(guò)CPU執(zhí)行一段程序，控制外部設(shè)備與主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送的整個(gè)過(guò)程。CPU在執(zhí)行程序時(shí)需要不斷查詢外部設(shè)備的狀態(tài)，如果設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送沒(méi)有準(zhǔn)備好，CPU就反復(fù)查詢；只有當(dāng)設(shè)備準(zhǔn)備好（READY），CPU才能用I/O指令傳送一個(gè)數(shù)據(jù)。特點(diǎn)：（1）CPU主動(dòng)的不斷查詢外設(shè)狀態(tài)；（2）數(shù)據(jù)的輸入/輸出都必須經(jīng)過(guò)CPU；（3）CPU與設(shè)備間是串行工作，所以CPU的使用效率低。二、程序控制流程

直接程序傳送方式的程序流程圖見(jiàn)右邊的圖。

三、程序查詢方式的接口電路5.4程序中斷方式及接口一、基本概念

1、什么叫程序中斷在程序執(zhí)行過(guò)程中，由于某個(gè)隨機(jī)事件的請(qǐng)求，暫?，F(xiàn)程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去執(zhí)行一段處理此隨機(jī)事件的程序，處理完后又回到原程序繼續(xù)執(zhí)行，這一過(guò)程叫“程序中斷”。2、程序中斷的特點(diǎn)：（1）當(dāng)數(shù)據(jù)傳送“準(zhǔn)備好”時(shí)由設(shè)備主動(dòng)向CPU提出中斷請(qǐng)求；（2）CPU與設(shè)備是并行工作的；（3）一般用于低速設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送。3、中斷分類

二、中斷請(qǐng)求信號(hào)的提出與傳送

1、中斷請(qǐng)求信號(hào)的提出2、中斷請(qǐng)求信號(hào)的傳送（1）多線請(qǐng)求（2）單線請(qǐng)求（3）二維結(jié)構(gòu)方式（4）混合方式三、優(yōu)先權(quán)邏輯與屏蔽技術(shù)

優(yōu)先權(quán)有兩種類型：（1）CPU與中斷源間的優(yōu)先關(guān)系（2）各個(gè)中斷源之間的優(yōu)先關(guān)系1、CPU與中斷源間的優(yōu)先關(guān)系

對(duì)于中斷源的中斷請(qǐng)求，CPU是否“有求必應(yīng)”？不是的。當(dāng)CPU當(dāng)前的優(yōu)先權(quán)高于中斷源的優(yōu)先權(quán)時(shí)，CPU可以不響應(yīng)中斷請(qǐng)求。反之，則必須響應(yīng)。

CPU內(nèi)部設(shè)有一個(gè)“中斷允許觸發(fā)器”TIEN，TIEN=1時(shí)，允許CPU響應(yīng)中斷，TIEN=0時(shí)，不允許CPU響應(yīng)中斷?？梢杂弥噶钍筎IEN=1，稱“開(kāi)中斷”，例8086中的開(kāi)中斷指令STI；可以用指令使TIEN=0，稱“關(guān)中斷”，例8086中的關(guān)中斷指令CLI。2、中斷源之間的優(yōu)先關(guān)系分兩種情況：（1）同時(shí)有多個(gè)中斷源請(qǐng)求，優(yōu)先響應(yīng)誰(shuí)？（2）當(dāng)A中斷源的請(qǐng)求正在處理時(shí)，B中斷源又提出請(qǐng)求，CPU是否響應(yīng)？（也即中斷嵌套的問(wèn)題）優(yōu)先關(guān)系的確定原則：

故障中斷>DMA請(qǐng)求>外設(shè)中斷請(qǐng)求快速外設(shè)>慢速外設(shè)

輸入設(shè)備>輸出設(shè)備

優(yōu)先權(quán)處理方法：

1）對(duì)于同時(shí)請(qǐng)求的多個(gè)中斷源，采用“優(yōu)先排隊(duì)”技術(shù)。（1）軟件查詢方法

CPU響應(yīng)中斷后，進(jìn)入一個(gè)公共的中斷處理程序，在該程序中，CPU用“查詢I/O指令”，依次測(cè)試個(gè)各個(gè)中斷源是否有中斷請(qǐng)求，若有請(qǐng)求，CPU就轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，；沒(méi)有，就繼續(xù)往下查詢?？梢?jiàn)，先查詢到的中斷源優(yōu)先權(quán)高。軟件查詢方法的程序流程圖見(jiàn)右邊：（2）并行優(yōu)先排隊(duì)邏輯如下圖。每個(gè)中斷源提供獨(dú)立的中斷請(qǐng)求信號(hào)給CPU。

特點(diǎn)：響應(yīng)的速度快；但硬件成本高。適用于具有多請(qǐng)求線的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。（3）鏈?zhǔn)絻?yōu)先排隊(duì)邏輯下圖中是常用的兩種形式。中斷控制器8259A結(jié)構(gòu)示意圖（4）中斷控制器集成芯片的優(yōu)先排隊(duì)（見(jiàn)下圖）二維結(jié)構(gòu)的優(yōu)先排隊(duì)2）屏蔽技術(shù)的應(yīng)用，

·解決中斷嵌套的問(wèn)題。在多重中斷方式下，CPU響應(yīng)某個(gè)中斷源的請(qǐng)求后，應(yīng)禁止響應(yīng)優(yōu)先權(quán)小于或等于它的中斷請(qǐng)求。而可以響應(yīng)優(yōu)先權(quán)大于它的中斷源的請(qǐng)求。通常采用設(shè)置屏蔽碼的辦法。屏蔽掉優(yōu)先權(quán)低的中斷請(qǐng)求，開(kāi)放優(yōu)先權(quán)高的請(qǐng)求。

·利用屏蔽技術(shù)，動(dòng)態(tài)修改優(yōu)先權(quán)。

中斷響應(yīng)優(yōu)先權(quán)：指由硬件優(yōu)先排隊(duì)電路分配的各個(gè)中斷源在中斷響應(yīng)時(shí)的優(yōu)先關(guān)系，一經(jīng)確定，不易改變。

中斷處理優(yōu)先權(quán)：指利用屏蔽字，分配各中斷源被處理時(shí)的優(yōu)先關(guān)系?？梢酝ㄟ^(guò)修改屏蔽字的值，改變中斷源的優(yōu)先關(guān)系。舉例：四、中斷服務(wù)程序入口的獲取方式1、非向量中斷

CPU響應(yīng)中斷后，產(chǎn)生一個(gè)固定的地址，由此地址單元中讀取中斷查詢程序的入口地址，通過(guò)軟件查詢確定中斷源，并轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。

如圖：以1號(hào)單元作為固定地址，該單元中安排一條轉(zhuǎn)移指令，轉(zhuǎn)到地址為nn的查詢程序去。

非向量中斷法的優(yōu)點(diǎn)是：簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)，成本低。缺點(diǎn)是響應(yīng)的速度慢。向量中斷

（1）有關(guān)的概念

.中斷向量

所有中斷服務(wù)程序的入口地址和狀態(tài)字在一起，稱做中斷向量。

.中斷向量表所有中斷服務(wù)程序的入口地址（或包括服務(wù)程序的狀態(tài)字）組織成一維表，存放在一段連續(xù)的存儲(chǔ)區(qū)。該存儲(chǔ)區(qū)叫“中斷向量表。

.向量地址存放某中斷源的中斷服務(wù)程序入口地址的單元地址叫向量地址。（2）向量中斷

響應(yīng)中斷時(shí)，由硬件直接產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于中斷源的向量地址，據(jù)此訪問(wèn)中斷向量表，從中讀取服務(wù)程序入口地址，由此轉(zhuǎn)向服務(wù)程序。五、中斷響應(yīng)

1、CPU響應(yīng)中斷的條件（1）有中斷請(qǐng)求信號(hào)產(chǎn)生而且沒(méi)有被屏蔽；（2）CPU處于開(kāi)中斷狀態(tài)；（3）在一條指令執(zhí)行結(jié)束時(shí)響應(yīng)中斷。

2、CPU的中斷響應(yīng)過(guò)程

CPU響應(yīng)中斷后就進(jìn)入“中斷周期”IT

。在中斷周期，CPU完成三件事：（中斷隱指令）（1）關(guān)中斷、（2）保護(hù)斷點(diǎn)、（3）轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序六、中斷處理中斷處理過(guò)程分：?jiǎn)渭?jí)中斷方式、多重中斷方式。右圖是多重中斷方式處理過(guò)程的流程圖。處理過(guò)程中，有兩次關(guān)中斷、兩次開(kāi)中斷。其中在執(zhí)行中斷服務(wù)程序的前的開(kāi)中斷、執(zhí)行后的關(guān)中斷是為了能在執(zhí)行中斷服務(wù)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)中斷嵌套。七、中斷接口組成模型

圖中的中斷控制器是多個(gè)設(shè)備公用的，它包含有中斷優(yōu)先排隊(duì)、中斷屏蔽等功能電路。

5.5DMA方式及接口一、基本概念

1、程序中斷方式的不足之處對(duì)于高速的外部設(shè)備，采用程序中斷方式，會(huì)造成數(shù)據(jù)的丟失。2、直接內(nèi)存訪問(wèn)(DMA)方式

的定義

DMA方式是一種完全由硬件執(zhí)行I/O交換的工作方式。在這種方式中，DMA控制器從CPU完全接管對(duì)總線的控制，數(shù)據(jù)交換不經(jīng)過(guò)CPU，而直接在內(nèi)存和I/O設(shè)備之間進(jìn)行。在數(shù)據(jù)傳送期間不需要CPU的程序干預(yù)，而是由DMA控制器向內(nèi)存發(fā)出地址和控制信號(hào)，修改地址，對(duì)傳送的字的個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)，并且以中斷方式向CPU報(bào)告?zhèn)魉筒僮鞯慕Y(jié)束。3、DMA方式的特點(diǎn)

DMA方式的主要特點(diǎn)是速度快。

由于CPU根本不參加傳送操作，因此就省去了CPU取指令、取數(shù)、送數(shù)等操作。在數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中，沒(méi)有保存現(xiàn)場(chǎng)、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)之類的工作。內(nèi)存地址修改、傳送字個(gè)數(shù)的計(jì)數(shù)等等，也不是由軟件實(shí)現(xiàn)，而是用硬件線路直接實(shí)現(xiàn)的。所以DMA方式能滿足高速I/O設(shè)備的要求，也有利于CPU效率的發(fā)揮。

4、DMA的三種傳送方式（1）停止CPU訪問(wèn)內(nèi)存（成組連續(xù)傳送方式）當(dāng)外圍設(shè)備要求傳送一批數(shù)據(jù)時(shí)，由DMA控制器發(fā)一個(gè)停止信號(hào)給CPU，要求CPU放棄對(duì)系統(tǒng)總線的使用權(quán)。DMA控制器獲得總線控制權(quán)以后，開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。在一批數(shù)據(jù)傳送完畢后，DMA控制器通知CPU可以使用內(nèi)存，并把總線控制權(quán)交還給CPU。這種傳送方式的時(shí)間圖如下：

優(yōu)點(diǎn):

控制簡(jiǎn)單，它適用于數(shù)據(jù)傳輸率很高的設(shè)備進(jìn)行成組傳送。缺點(diǎn):

在DMA控制器訪內(nèi)階段，內(nèi)存的效能沒(méi)有充分發(fā)揮，相當(dāng)一部分內(nèi)存工作周期是空閑的。這是因?yàn)?，外圍設(shè)備傳送兩個(gè)數(shù)據(jù)之間的間隔一般總是大于內(nèi)存存儲(chǔ)周期，即使高速I/O設(shè)備也是如此。

（2）周期挪用法（單字傳送方式）

當(dāng)I/O設(shè)備沒(méi)有DMA請(qǐng)求時(shí)，CPU按程序要求訪問(wèn)內(nèi)存；一旦I/O設(shè)備有DMA請(qǐng)求，則由I/O設(shè)備挪用一個(gè)或幾個(gè)內(nèi)存周期，傳送一個(gè)字的數(shù)據(jù)。

I/O設(shè)備要求DMA傳送時(shí)可能遇到兩種情況：

1)此時(shí)CPU不需要訪內(nèi)，如CPU正在執(zhí)行乘法指令。由于乘法指令執(zhí)行時(shí)間較長(zhǎng)，此時(shí)I/O訪內(nèi)與CPU訪內(nèi)沒(méi)有沖突，即I/O設(shè)備挪用一二個(gè)內(nèi)存周期對(duì)CPU執(zhí)行程序沒(méi)有任何影響。2）I/O設(shè)備要求訪內(nèi)時(shí)CPU也要求訪內(nèi)，這就產(chǎn)生了訪內(nèi)沖突。在這種情況下I/O設(shè)備訪內(nèi)優(yōu)先，因?yàn)镮/O訪內(nèi)有時(shí)間要求，前一個(gè)I/O數(shù)據(jù)必須在下一個(gè)訪內(nèi)請(qǐng)求到來(lái)之前存取完畢。顯然，在這種情況下I/O設(shè)備挪用一二個(gè)內(nèi)存周期，意味著CPU延緩了對(duì)指令的執(zhí)行，或者更明確地說(shuō)，在CPU執(zhí)行訪內(nèi)指令的過(guò)程中插入DMA請(qǐng)求，挪用了一二個(gè)內(nèi)存周期。

這種傳送方式的時(shí)間圖如下：特點(diǎn)：周期挪用的方法既實(shí)現(xiàn)了I/O傳送，又較好地發(fā)揮了內(nèi)存和CPU的效率。但是I/O設(shè)備每一次周期挪用都有申請(qǐng)總線控制權(quán)、建立線控制權(quán)和歸還總線控制權(quán)的過(guò)程，所以傳送一個(gè)字對(duì)內(nèi)存來(lái)說(shuō)要占用一個(gè)周期，但對(duì)DMA控制器來(lái)說(shuō)一般要2—5個(gè)內(nèi)存周期(視邏輯線路的延遲而定)。因此，周期挪用的方法適用于I/O設(shè)備讀寫(xiě)周期大于內(nèi)存存儲(chǔ)周期的情況。

（3）DMA與CPU交替訪內(nèi)

如果CPU的工作周期比內(nèi)存存取周期長(zhǎng)很多，此時(shí)采用交替訪內(nèi)的方法可以使DMA傳送和CPU同時(shí)發(fā)揮最高的效率。假設(shè)CPU工作周期為1.2μs，內(nèi)存存取周期小于0.6μs，那么一個(gè)CPU周期可分為C1和C2兩個(gè)分周期，其中C1供DMA控制器訪內(nèi)，C2專供CPU訪內(nèi)。這種傳送方式的時(shí)間圖如下：

特點(diǎn)：這種方式不需要總線使用權(quán)的申請(qǐng)、建立和歸還過(guò)程，總線使用權(quán)是通過(guò)C1和C2分時(shí)進(jìn)行的。

CPU和DMA控制器各自有自己的訪內(nèi)地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器和讀/寫(xiě)信號(hào)等控制寄存器。對(duì)于總線，這是用C1，C2控制的一個(gè)多路轉(zhuǎn)換器，這種總線控制權(quán)的轉(zhuǎn)移幾乎不需要什么時(shí)間，所以對(duì)DMA傳送來(lái)講效率是很高的。5、DMA方式的硬件組成一個(gè)最簡(jiǎn)單的DMA控制器由以下邏輯部件組成：(1)內(nèi)存地址計(jì)數(shù)器

用于存放內(nèi)存中要交換的數(shù)據(jù)的地址。在DMA傳送前，須通過(guò)程序?qū)?shù)據(jù)在內(nèi)存中的起始位置(首地址)送到內(nèi)存地址計(jì)數(shù)器。而當(dāng)DMA傳送時(shí)，每交換一次數(shù)據(jù)，將地址計(jì)數(shù)器加“1”，從而以增量方式給出內(nèi)存中要交換的一批數(shù)據(jù)的地址。(3)數(shù)據(jù)緩沖寄存器

用于暫存每次傳送的數(shù)據(jù)(一個(gè)字)。當(dāng)輸入時(shí)，由設(shè)備(如磁盤(pán))送往數(shù)據(jù)緩沖寄存器，再由緩沖寄存器通過(guò)數(shù)據(jù)總線送到內(nèi)存。反之，輸出時(shí)，由內(nèi)存通過(guò)數(shù)據(jù)總線送到數(shù)據(jù)緩沖寄存器，然后再送到設(shè)備。

(2)字計(jì)數(shù)器

用于記錄傳送數(shù)據(jù)塊的長(zhǎng)度(多少字?jǐn)?shù))。其內(nèi)容也是在數(shù)據(jù)傳送之前由程序預(yù)置，交換的字?jǐn)?shù)通常以補(bǔ)碼形式表示。在DMA傳送時(shí)，每傳送一個(gè)字，字計(jì)數(shù)器就加“1”，當(dāng)計(jì)數(shù)器溢出即最高位產(chǎn)生進(jìn)位時(shí)，表示這批數(shù)據(jù)傳送完畢，于是引起DMA控制器向CPU發(fā)中斷信號(hào)。(4)“DMA請(qǐng)求”標(biāo)志

每當(dāng)設(shè)備準(zhǔn)備好一個(gè)數(shù)據(jù)字后給出一個(gè)控制信號(hào)，使“DMA請(qǐng)求”標(biāo)志置“1”。該標(biāo)志置位后向“控制/狀態(tài)”邏輯發(fā)出DMA請(qǐng)求，后者又向CPU發(fā)出總線使用權(quán)的請(qǐng)求(HOLD)，CPU響應(yīng)此請(qǐng)求后發(fā)回響應(yīng)信號(hào)HLDA，“控制/狀態(tài)”邏輯接收此信號(hào)后發(fā)出DMA響應(yīng)信號(hào)，使“DMA請(qǐng)求”標(biāo)志復(fù)位，為交換下一個(gè)字做好準(zhǔn)備。(5)“控制/狀態(tài)”邏輯

由控制和時(shí)序電路以及狀態(tài)標(biāo)志等組成，用于修改內(nèi)存地址計(jì)數(shù)器和字計(jì)數(shù)器，指定傳送類型(輸入或輸出)，并對(duì)“DMA請(qǐng)求”信號(hào)和CPU響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行協(xié)調(diào)和同步。

(6)中斷機(jī)構(gòu)

當(dāng)字計(jì)數(shù)器溢出時(shí)(全0)，意味著一組數(shù)據(jù)交換完畢，由溢出信號(hào)觸發(fā)中斷機(jī)構(gòu)，向CPU提出中斷報(bào)告。這里的中斷與上一節(jié)介紹的I/O中斷所采用的技術(shù)相同，但中斷的目的不同，前面是為了數(shù)據(jù)的輸入或輸出，而這里是為了報(bào)告一組數(shù)據(jù)傳送結(jié)束。因此它們是I/O系統(tǒng)中不同的中斷事件。6、DMA數(shù)據(jù)傳送過(guò)程

可分為三個(gè)階段：傳送前預(yù)處理正式傳送傳送后處理。

預(yù)處理

由CPU執(zhí)行幾條輸入輸出指令，測(cè)試設(shè)備狀態(tài)，向DMA控制器的設(shè)備地址寄存器中送入設(shè)備號(hào)并啟動(dòng)設(shè)備，向內(nèi)存地址計(jì)數(shù)器中送入起始地址，向字計(jì)數(shù)器中送入交換的數(shù)據(jù)字個(gè)數(shù)。在這些工作完成后，CPU繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)的主程序。正式傳送

當(dāng)外設(shè)準(zhǔn)備好發(fā)送數(shù)據(jù)(輸入)或接受數(shù)據(jù)(輸出)時(shí)，它發(fā)出DMA請(qǐng)求，由DMA控制器向CPU發(fā)出總線使用權(quán)的請(qǐng)求(HOLD)。下圖示出了停止CPU訪內(nèi)方式的DMA傳送數(shù)據(jù)的流程圖。

后處理

一旦DMA的中斷請(qǐng)求得到響應(yīng)，CPU停止主程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序做一些DMA的結(jié)束處理工作。這些工作包括校驗(yàn)送入內(nèi)存的數(shù)據(jù)是否正確；決定繼續(xù)用DMA方式傳送下去，還是結(jié)束傳送；測(cè)試在傳送過(guò)程中是否發(fā)生了錯(cuò)誤等等。二、DMA控制器與接口的連接方式DMA控制器定義為以下功能：

申請(qǐng)總線、控制總線、控制DMA傳送?狹義DMA接口定義為以下功能：與具體設(shè)備相適配

進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的接口邏輯

以上的控制器與接口組成廣義的接口。1、單通道DMA控制器2、選擇型DMA控制器3、多路型DMA控制器

現(xiàn)有磁盤(pán)、磁帶、打印機(jī)三個(gè)設(shè)備同時(shí)工作。磁盤(pán)、磁帶、打印機(jī)分別以30μs、45μs、150μs的間隔向控制器發(fā)DMA請(qǐng)求。根據(jù)傳輸速率，磁盤(pán)優(yōu)先權(quán)最高，磁帶次之，打印機(jī)最低。假設(shè)DMA控制器每完成一次DMA傳送所需的時(shí)間是5μs。畫(huà)出多路型DMA控制器服務(wù)三個(gè)設(shè)備的工作時(shí)間圖。多路型DMA控制器工作過(guò)程舉例：T1間隔中控制器首先為打印機(jī)服務(wù)。T2間隔前沿首先為優(yōu)先權(quán)高的磁盤(pán)服務(wù)，然后為磁帶服務(wù)，每次服務(wù)傳送一個(gè)字節(jié)。在120μs時(shí)間階段中，為打印機(jī)服務(wù)只有一次(T1)，為磁盤(pán)服務(wù)四次(T2，T4，T6，T7)，為磁帶服務(wù)三次(T3，T5，T8)。4、DMA控制器的連接（1）級(jí)連方式（2）公共請(qǐng)求方式（2）獨(dú)立請(qǐng)求方式三、DMA控制器的組成5.6通道控制方式及IOP方式一、概述通道的出現(xiàn)進(jìn)一步提高了CPU的效率。因?yàn)橥ǖ朗且粋€(gè)特殊功能的處理器，它有自己的指令和程序?qū)ｉT(mén)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)輸入輸出的傳輸控制，而CPU將“傳輸控制”的功能下放給通道后只負(fù)責(zé)“數(shù)據(jù)處理”功能。這樣，通道與CPU分時(shí)使用內(nèi)存，實(shí)現(xiàn)了CPU內(nèi)部運(yùn)算與I/O設(shè)備的平行工作。

通道的基本功能

是執(zhí)行通道指令，組織外圍設(shè)備和內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，按I/O指令要求啟動(dòng)外圍設(shè)備，向CPU報(bào)告中斷等，具體有以下五項(xiàng)任務(wù)：(1)接受CPU的I/O指令，按指令要求與指定的外圍設(shè)備進(jìn)行通信。(2)從內(nèi)存選取屬于該通道程序的通道指令，經(jīng)譯碼后向設(shè)備控制器和設(shè)備發(fā)送各種命令。

(3)組織外圍設(shè)備和內(nèi)存之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，并根據(jù)需要提供數(shù)據(jù)緩存的空間，以及提供數(shù)據(jù)存入內(nèi)存的地址和傳送的數(shù)據(jù)量。(4)從外圍設(shè)備得到設(shè)備的狀態(tài)信息，形成并保存通道本身的狀態(tài)信息，根據(jù)要求將這些狀態(tài)信息送到內(nèi)存的指定單元，供CPU使用。(5)將外圍設(shè)備的中斷請(qǐng)求和通道本身的中斷請(qǐng)求，按次序及時(shí)報(bào)告CPU。

二、通道

1、通道的類型（1）字節(jié)多路通道字節(jié)多路通道可以連接多臺(tái)低速設(shè)備，如鍵盤(pán)、打印機(jī)等，以字節(jié)交叉方式傳送數(shù)據(jù)。字節(jié)多路通道的傳送方式示意圖（2）選擇通道選擇通道又稱高速通道，在物理上它可以連接多臺(tái)高速設(shè)備，但是這些設(shè)備不能同時(shí)工作，在某一段時(shí)間內(nèi)通道只能選擇一個(gè)設(shè)備進(jìn)行工作。當(dāng)成組傳送完畢后，才能選擇另一臺(tái)設(shè)備。選擇通道的傳送方式示意圖（3）數(shù)組多路通道基本思想：當(dāng)某設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，通道只為該設(shè)備服務(wù)；當(dāng)設(shè)備在執(zhí)行尋址等控制性動(dòng)作時(shí)，通道暫時(shí)斷開(kāi)與這個(gè)設(shè)備的連接，掛起該設(shè)備的通道程序，去為其他設(shè)備服務(wù)，即執(zhí)行其他設(shè)備的通道程序。所以數(shù)組多路通道很像一個(gè)多道程序的處理器。

數(shù)組多路通道可以連接多臺(tái)快速設(shè)備，允許并行工作，以成組交叉方式傳送數(shù)據(jù)。

數(shù)組多路通道既保留了選擇通道高速傳送數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)，又充分利用了控制性操作的時(shí)間間隔為其他設(shè)備服務(wù)，使通道效率充分得到發(fā)揮，因此數(shù)組多路通道在實(shí)際系統(tǒng)中得到較多應(yīng)用。字節(jié)多路通道和數(shù)組多路通道的共同之處：都是多路通道，在一段時(shí)間內(nèi)能交替執(zhí)行多個(gè)設(shè)備的通道程序，使這些設(shè)備同時(shí)工作。