第13讲——第5章输入输出系统(5.6)

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1、第第13讲讲第第5章章 输入输出系统（输入输出系统（5.6）主讲人：李淑芝主讲人：李淑芝5.6 DMA方式方式5.5 程序中断方式程序中断方式5.4 程序查询方式程序查询方式5.3 I/O接口接口5.2 外部设备外部设备5.1 概述概述本课本课学习学习l教学目标：教学目标：让学生掌握让学生掌握DMA的工作的工作流程，对流程，对DMA方式有全面的认识方式有全面的认识 。l重点：重点：DMA接口的功能、组成和接口的功能、组成和DMA的工作过程的工作过程 。l难点：难点：从本质上理解从本质上理解DMA方式和中方式和中断服务方式、程序查询方式的区别断服务方式、程序查询方式的区别 。l满足什么条件满足什

2、么条件CPU才能响应中断？才能响应中断？ l引入引入DMA方式的理由？方式的理由？ 问题：问题：假设某设备向假设某设备向CPU传送信息的最高频传送信息的最高频率是率是40000次次/秒，而相应的中断处理程序执秒，而相应的中断处理程序执行时间为行时间为40s，试问该外设是否可用程序中，试问该外设是否可用程序中断方式与主机交换信息，为什么？断方式与主机交换信息，为什么？解答：解答：根据题意，该设备向根据题意，该设备向CPU传送信息的时间间传送信息的时间间隔隔 =1/40000=0.025103=25s 40s；则：该外设不能用程序中断方式与主机交换信息；则：该外设不能用程序中断方式与主机交换信息；

3、因为其中断处理程序的执行速度比该外设的交换速因为其中断处理程序的执行速度比该外设的交换速度慢。度慢。5.6.1 DMA 方式的特点方式的特点（1）DMA 和程序中断两种方式的数据通路和程序中断两种方式的数据通路CPU主主存存ACC 中断接口中断接口DMA 接口接口I/O 设设 备备中断方式数据传送通路中断方式数据传送通路输入指令输入指令输出指令输出指令DMA方式数据传送通路方式数据传送通路（2）DMA 与主存交换数据的三种方式之一与主存交换数据的三种方式之一u 停止停止 CPU 访问主存访问主存l控制简单控制简单lCPU 处于不工作状态或保持状态处于不工作状态或保持状态l未充分发挥未充分发挥

4、CPU 对主存的利用率对主存的利用率主存工作时间主存工作时间CPU不执行程序不执行程序DMA不工作不工作DMA不工作不工作DMA工作工作 CPU控制控制并使用主存并使用主存 DMA控制控制并使用主存并使用主存tu 周期挪用（或周期窃取）周期挪用（或周期窃取）DMA 访问主存有三种可能访问主存有三种可能l CPU 此时不访存此时不访存l CPU 正在访存正在访存l CPU 与与 DMA 同时请求访存同时请求访存此时此时 CPU 将总线控制权让给将总线控制权让给 DMA主存工作时间主存工作时间 CPU控制控制并使用主存并使用主存 DMA控制控制并使用主存并使用主存t（2）DMA 与主存交换数据的三

5、种方式之二与主存交换数据的三种方式之二u DMA 与与 CPU 交替访问交替访问主存工作时间主存工作时间 DMA控制控制并使用主存并使用主存 CPU控制控制并使用主存并使用主存tCPU 工作周期工作周期C1 专供专供 DMA 访存访存C2 专供专供 CPU 访存访存所有指令执行过程中的一个基准时间所有指令执行过程中的一个基准时间（2）DMA 与主存交换数据的三种方式之三与主存交换数据的三种方式之三5.6.2 DMA 接口的功能和组成接口的功能和组成（1）DMA 接口功能接口功能l 向向 CPU 申请申请 DMA 传送传送l 处理总线处理总线 控制权的转交控制权的转交l 管理管理 系统总线、系统

6、总线、控制控制 数据传送数据传送l 确定确定 数据传送的数据传送的 首地址和长度首地址和长度l DMA 传送结束时，传送结束时，给出操作完成信号给出操作完成信号修正修正 传送过程中的数据地址和长度传送过程中的数据地址和长度DMA接口接口主主存存CPU（2）DMA 接口基本组成接口基本组成DMA 控控 制制 逻逻 辑辑 中中 断断 逻逻 辑辑设备设备HLDAARWCDARHRQ中断请求中断请求数据线数据线地址线地址线+1+1溢出信号溢出信号DREQDACKBR5.6.2 DMA 接口的功能和组成接口的功能和组成5.6.3 DMA 的工作过程的工作过程（1）DMA 传送过程传送过程预处理、数据传送

7、、后处理预处理、数据传送、后处理u 预处理预处理通过几条输入输出指令预置如下信息通过几条输入输出指令预置如下信息l 通知通知 DMA 控制逻辑传送方向（入控制逻辑传送方向（入/出）出）l 设备地址设备地址 DMA 的的 DARl 主存地址主存地址 DMA 的的 ARl 传送字数传送字数 DMA 的的 WC预处理预处理：主存起始地址主存起始地址设备地址设备地址 传送数据个数传送数据个数启动设备启动设备DMADMADMA数据传送数据传送：继续执行主程序继续执行主程序同时完成一批数据传送同时完成一批数据传送后处理后处理：中断服务程序中断服务程序做做 DMA 结束处理结束处理继续执行主程序继续执行主程