第五节 主机和外部设备的信息交换
3.5.1 主机和外设的连接方式
1.辐射式
主机
I/O I/O I/O
早期：不易扩展
主机
接口 接口
I/O I/O I/O
现在：便于扩展
2.总线式
主机 接口 接口
I/O
I/O I/O
便于扩展
总线
3.通道式 主机
通道 通道
I/O I/O I/O
并行能力
提高
3.5.2 信息传送控制方式
1.直接程序传送方式
用 I/O指令编程实现信息传送。
（程序查询）
（ 1）外设状态
空闲 工作
结束
启动
完成一次
工作调用完
再请求
00 01
10
空闲,调用前，
设备不工作；
结束,调用后，
设备完成工作。
在接口中设
置 状态字 表
示这些状态。
（ 2）查询流程
启动外设
外设工作完成？ N
Y
入 /出操作
（ 3）优缺点
硬件开销小； 实时处理能力差,并行程度低。
（ 4）应用场合
对 CPU效率要求不高的场合,或诊断,调试过程。
2.中断方式
查询：
（ 1）中断的引入
程序
并行操作
主机
外设 空闲
启动 等待
工作
程序
交换数据
中断：
主机 程序
外设 空闲
启动
工作
程序
请求 中断程序
交换数据
程序
（ 2）中断定义
开中断
一条指令结束
时有中断请求？
N
Y
继续原程序
（ 3）中断流程
CPU内设置允许中断标志
CPU暂时中止现行程序的执行，转去执行为某
个随机事态服务的中断处理程序。处理完毕
后自动恢复原程序的执行。
=1 允许响应中断
（开中断）
=0 不允许响应中断
（关中断）
启动外设
执行中断
服务程序
继续原程序
响应
返回
CLI ；
请求
关中断，初始化
启动； 启动设备
响应
返回
例,PC系列机
允许中断位
IF= 0 关中断1 开中断 STI ； 开中断
（ 4）程序组织
（ 5）硬件设置
响应
逻辑
CPU禁止 /允许设备请求
设备工作完成
（ 6）应用场合
用于中、低速 I/O操作或处理复杂随机事态。
判优
逻辑
请求
逻辑
屏蔽
逻辑
非屏蔽
CPU送屏蔽字(动态改变设备优先级 )
设备提出请求判别设备优先级
CPU响应请求，并转相
应服务程序入口
CPU 接口
注意区分 CPU对请求的 屏蔽 和对请求的 响应 。
送屏蔽字 开 /关中断
3.直接存储器存取 (DMA)方式
（ 1）定义
DMA控制器接
直接依靠硬件实现主存与 I/O间的数据传送，
传送期间不需 CPU程序干预。
1)I/O与 主存,而不是 I/O与 CPU或 I/O与 主机 。
2)早期由 CPU控制传送；
现在由 DMA控制器 控制传送，
管总线权,传送完毕再交还总线权。
3)传送期间只要 CPU不访存，可并行操作。
4)传送前和传送后需要程序干预。
（ 2）硬件设置
操作类型
地址计数
控制传送方向
DMA控制器 接口
提供主存地址
交换量计数
控制传送次数
请求DMA中断
数据缓冲
传递请求
暂存交换数据
外设寻址
提供外设地址
初
始
化
信
息
（ 3） DMA流程
启动外设
一个总线周期结
束时有 DMA请求？
N
Y
继续程序
传送操作类型、主存首址、
交换量、外设寻址信息
一次 DMA传送
地址 +1
交换量 -1
一条指令结束
时有中断请求？
中断处理
Y 交换量 =0？ N
Y 申请中断N
响应
主程序 实现初始化。
三个阶段：
程序准备：
DMA传送：
善后处理：
（ 4）应用场合
用于高速、简单、批量数据 传送。
硬件 实现 M I/O。
中断处理程序 判断传送的正误。
DMA与中断的相同点：
能响应随机请求；可并行操作。
DMA与中断的不同点：
中断：用程序实现中、低速 I/O传送；能处理复杂
一条指令结束时响应请求。事态；
DMA,用硬件实现高速、简单 I/O传送；一个总线
周期结束时响应请求。
程序切换
总线权切换
简要回答下列问题
（ 1）原码一位乘法与补码一位乘法的主要区别是
什么？
（ 2）原码加减交替除法和补码加减交替除法分别
根据什么情况商 1、商 0？
（ 3）在浮点加减运算中如何进行对阶操作？
（ 4）在什么情况下需要左移规格化？什么情况下
需要右移规格化？
第三章作业（一）
3.5.1 主机和外设的连接方式
1.辐射式
主机
I/O I/O I/O
早期：不易扩展
主机
接口 接口
I/O I/O I/O
现在：便于扩展
2.总线式
主机 接口 接口
I/O
I/O I/O
便于扩展
总线
3.通道式 主机
通道 通道
I/O I/O I/O
并行能力
提高
3.5.2 信息传送控制方式
1.直接程序传送方式
用 I/O指令编程实现信息传送。
（程序查询）
（ 1）外设状态
空闲 工作
结束
启动
完成一次
工作调用完
再请求
00 01
10
空闲,调用前，
设备不工作；
结束,调用后，
设备完成工作。
在接口中设
置 状态字 表
示这些状态。
（ 2）查询流程
启动外设
外设工作完成？ N
Y
入 /出操作
（ 3）优缺点
硬件开销小； 实时处理能力差,并行程度低。
（ 4）应用场合
对 CPU效率要求不高的场合,或诊断,调试过程。
2.中断方式
查询：
（ 1）中断的引入
程序
并行操作
主机
外设 空闲
启动 等待
工作
程序
交换数据
中断：
主机 程序
外设 空闲
启动
工作
程序
请求 中断程序
交换数据
程序
（ 2）中断定义
开中断
一条指令结束
时有中断请求？
N
Y
继续原程序
（ 3）中断流程
CPU内设置允许中断标志
CPU暂时中止现行程序的执行，转去执行为某
个随机事态服务的中断处理程序。处理完毕
后自动恢复原程序的执行。
=1 允许响应中断
（开中断）
=0 不允许响应中断
（关中断）
启动外设
执行中断
服务程序
继续原程序
响应
返回
CLI ；
请求
关中断，初始化
启动； 启动设备
响应
返回
例,PC系列机
允许中断位
IF= 0 关中断1 开中断 STI ； 开中断
（ 4）程序组织
（ 5）硬件设置
响应
逻辑
CPU禁止 /允许设备请求
设备工作完成
（ 6）应用场合
用于中、低速 I/O操作或处理复杂随机事态。
判优
逻辑
请求
逻辑
屏蔽
逻辑
非屏蔽
CPU送屏蔽字(动态改变设备优先级 )
设备提出请求判别设备优先级
CPU响应请求，并转相
应服务程序入口
CPU 接口
注意区分 CPU对请求的 屏蔽 和对请求的 响应 。
送屏蔽字 开 /关中断
3.直接存储器存取 (DMA)方式
（ 1）定义
DMA控制器接
直接依靠硬件实现主存与 I/O间的数据传送，
传送期间不需 CPU程序干预。
1)I/O与 主存,而不是 I/O与 CPU或 I/O与 主机 。
2)早期由 CPU控制传送；
现在由 DMA控制器 控制传送，
管总线权,传送完毕再交还总线权。
3)传送期间只要 CPU不访存，可并行操作。
4)传送前和传送后需要程序干预。
（ 2）硬件设置
操作类型
地址计数
控制传送方向
DMA控制器 接口
提供主存地址
交换量计数
控制传送次数
请求DMA中断
数据缓冲
传递请求
暂存交换数据
外设寻址
提供外设地址
初
始
化
信
息
（ 3） DMA流程
启动外设
一个总线周期结
束时有 DMA请求？
N
Y
继续程序
传送操作类型、主存首址、
交换量、外设寻址信息
一次 DMA传送
地址 +1
交换量 -1
一条指令结束
时有中断请求？
中断处理
Y 交换量 =0？ N
Y 申请中断N
响应
主程序 实现初始化。
三个阶段：
程序准备：
DMA传送：
善后处理：
（ 4）应用场合
用于高速、简单、批量数据 传送。
硬件 实现 M I/O。
中断处理程序 判断传送的正误。
DMA与中断的相同点：
能响应随机请求；可并行操作。
DMA与中断的不同点：
中断：用程序实现中、低速 I/O传送；能处理复杂
一条指令结束时响应请求。事态；
DMA,用硬件实现高速、简单 I/O传送；一个总线
周期结束时响应请求。
程序切换
总线权切换
简要回答下列问题
（ 1）原码一位乘法与补码一位乘法的主要区别是
什么？
（ 2）原码加减交替除法和补码加减交替除法分别
根据什么情况商 1、商 0？
（ 3）在浮点加减运算中如何进行对阶操作？
（ 4）在什么情况下需要左移规格化？什么情况下
需要右移规格化？
第三章作业（一）
