第7讲输入输出系统一(第五章)精品PPT课件

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内容导航：
7.1 I/O系统的功能、模型和接口 7.2 I/O设备和设备控制器 7.3 中断和中断处理程序 7.4 设备驱动程序 7.5 与设备无关的I/O软件 7.6 用户层的I/O软件 7.7 缓冲区管理 7.8 磁盘性能概述和磁盘调度
第7章 输入/输出系统
主讲：王红玲 主审：汤小丹
7.5 与设备无关的I/O软件
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7.3.3 Linux系统中断处理
采用了上半部和下半部机制： 上半部：中断处理程序。
➢ 简单快速，执行时禁止一 些或全部中断。
下半部：一些虽然与中断 有关但是可以延后执行的 任务。
➢ 稍后执行，执行时可以响 应所有的中断。
中断处理程序的设计： 注册中断 处理中断 注销中断
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7.1 I/O系统的功能、模型和接口 7.2 I/O设备和设备控制器 7.3 中断和中断处理程序 7.4 设备驱动程序 7.5 与设备无关的I/O软件 7.6 用户层的I/O软件 7.7 缓冲区管理 7.8 磁盘性能概述和磁盘调度
第7章 输入/输出系统
主讲：王红玲 主审：汤小丹
7.3.1 中断简介
中断和陷入
➢ 中断(Interrupt)是指CPU对I/O设备发来的中断信号的一种响应 ➢ 陷入(Trap)是指CPU内部事件所引起的中断
中断向量表
➢ 中断向量表存放每个设备的中断处理程序的入口地址，并为每个设 备的中断请求作为一个中断号，对应于中断向量表中的一个表项
中断优先级
➢ 系统为每个中断源规定不同的优先级
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7.1.2 I/O软件的层次结构
I/O请求
I/O应答
用户层软件 设备独立性软件 设备驱动程序 中断处理程序

B完成否 N Y
为B服务的子程序
读取C状态字
C完成否 N Y
为C服务的子程序
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程序查询方式接口的基本组成
o并行接口基本组成
D7~D0 8
IORD 15 C
A15~A1
A0
&
MSYN
E
D7
D0 & B
& A
QD
D7
数据缓冲 寄存器
QD
输
D0 CP
入
设
备
Q CP
控
完成位
制
S0 D +5V 器
SSYN
第七章 输入输出系统
7.1 系统总线
一、总线概述
1、定义：被多个部件分时共享的一组信息传输线及相关逻辑。
2、总线的组成：一组传输线、总线接口和总线控制器
传输线——信号传输的载体
总线接口——三态门、缓冲寄存器等
总线控制器——维护总线传输协议、总线使用权仲裁等
3、总线的分类
分类依据
分类内容
连接的部件
芯片内总线、系统总线、外总线
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二、系统总线的结构与组成
1、系统总线的结构
▪单总线结构 System Bus
CPU
MM
接口 … 接口
I/O
I/O
特点：结构机控制简单，易于扩充。数据流量受到很大限制
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1、系统总线的结构
▪ 带存储总线的双总线结构 System Bus
CPU
MM
Memory Bus
接口 … 接口
I/O
I/O
原因：CPU工作期间要不断的取指、取操作数、存储结果， 因此信息流量特别大，可以在两者之间专门增设存储总线。

使多台I/O设备分时占用总线。
CPU 和 I/O设备 并行 工作
中断方式 DMA 方式
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5.1 概 述
一、输入输出系统的发展概况
3. 具有通道结构的阶段
DMA存在的问题： 都配置DMA接口，增加硬件成本，控制复杂 CPU对众多的DMA的接口进行管理，影响CPU 的工作效率。
通道方式。通道是一个从属于CPU的专用处理机。 依据CPU的I/O指令进行启动、停止或改变工作 状态。 有专用的通道指令，能独立执行用通道指令编 写的输入输出程序。
反映设备状态：
完成触发器D 工作触发器 B 中断请求触发器 INTR 屏蔽触发器 MASK
D=0,B=0 暂停 D=1,B=0准备就绪 D=0,B=1正准备
传送命令: 当SEL 有效时，命令寄存 器接受I/O指令的 命令码
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三、接口类型
1. 按数据 传送方式 分类
并行接口
Intel 8255
串行接口
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
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
间 断 CPU 执行现行程序
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
(1) 串行 (2) 并行
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4. 联络方式
联络：I/O设备与主机之间互相了解彼 此当时所处的状态。
(1) 立即响应 慢速设备，I/O指令一到立即响应，无需特殊
联系信号。
(2) 异步工作采用应答信号 I/O设备与主机工作速度不匹

外设 DMA
外设
通道 大连理工大学软件学院 赖晓晨
外围处理机
外设 DMA
外设
外围处理机 大连理工大学软件学院 赖晓晨
二、输入输出系统的组成
I/O软件
操作码 地址码
➢ I/O指令：CPU指令 操作码 命令码 设备码
✓操作码： I/O指令标志
✓命令码：指令功能，读、写、检测、控制命令
✓设备码：地址码
外围处理机又称为I/O处理机，独立于主机 工作，除了具备通道功能之外，还具备码 制转换、格式处理、数据校验等功能。
大连理工大学软件学院 赖晓晨
查询
外设
外设 外设
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中断
外设
外设 外设
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DMA
外设
外设 外设
DMA 大连理工大学软件学院 赖晓晨
通道
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三、I/O设备与主机的联系方式
联络方式
➢ 异步工作采用应答信号联络
CPU
I/O
I/O
接 “Ready” 设
口
备
“Strobe”
➢ 同步工作采用同步时标联络：要求外设与 CPU的工作速度完全一致
大连理工大学软件学院 赖晓晨
三、I/O设备与主机的联系方式
I/O设备与主机的连接方式
三、I/O设备与主机的联系方式
I/O设备编址方式
➢ 统一编址： I/O占用存储器地址空间，无须 专门的I/O指令。减少了存储器最大容量。
➢ 独立编址： I/O地址与存储器地址分开，采 用专门指令来访问I/O。不占用主存容量。
设备寻址
➢ 每台设备都有设备号，启动设备时，由I/O 指令的设备码字段直接指出设备号，经接口 中的设备选择电路选中设备。