【计组】总线与IO
总线
同步定时方式
采用公共时钟信号协调发送方和接收方的传送
异步定时方式
采用握手信号来实现定时控制
不互锁
对于主设备：请求，隔一段时间自动撤销请求
对于从设备：回答，隔一段时间自动撤销回答
半互锁
对于主设备：请求，收到回答后撤销请求
对于从设备：回答，隔一段时间自动撤销回答
全互锁
对于主设备：请求，收到回答后撤销请求
对于从设备：回答，获知主设备请求已撤销后撤销回答
分离事务通信方式
将总线事务分解成请求+应答，不传送数据时释放总线，使总线可以接受其他设备的请求
中断和异常
异常
故障
指令执行时被检测到的异常事件
断点为当前指令
终止
指令执行时发生的硬件故障
一般直接终止程序的执行，不会回头
自陷
预先安排的一种异常，执行完自陷指令后CPU会陷入内核态，根据陷阱类型完成不同的处理程序（因为是预先安排的，所以通常是为了达成某些目的）
断点为下一条指令/转移目标地址
内中断皆为不可屏蔽中断
中断
NMI
任何时候只要发生NMI就必须要立刻进行处理
DMA请求>NMI DMA请求不是DMA中断
做选择题时说的“中断”大概率不考虑NMI！
INTR
CPU可在中断控制器中设置屏蔽字来屏蔽INTR
识别异常/中断源的方式
软件识别方式
CPU设置一个用于记录异常原因的异常状态寄存器
OS使用一个统一的异常查询程序，按照一定的优先级顺序查询异常状态寄存器，并处理异常
硬件识别方式（向量中断）
中断向量：异常/中断处理程序的入口地址，硬件生成
中断向量表：存放中断向量
中断类型号：用来标识异常/中断，和中断向量一一对应
响应中断的条件
CPU处于开中断
至少有一个未被屏蔽的中断请求
当前指令刚执行完
中断处理的过程
响应（中断隐指令）
1.关中断
2.保存断点（PC和PSW）
3.识别中断源，转到相应的处理程序
处理（中断服务程序）
单重中断
1.保存现场
2.执行中断服务程序
3.恢复现场
4.开中断（这里开中断是因为现场已经恢复完了）
5.中断返回
多重中断
1.保存现场和屏蔽字
0表示允许中断，1表示屏蔽中断
2.开中断（从这里开始才能接收到新的中断）
3.执行中断服务程序
4.关中断（这里关中断是为了恢复现场时的安全）
5.恢复现场和屏蔽字
6.开中断（这里开中断是因为现场已经恢复完了）
7.中断返回
优先级
响应优先级：硬件决定
处理优先级：屏蔽字决定
多个中断同时到达，由响应优先级决定处理顺序
多个中断先后到达，由到达次序决定处理顺序
I/O接口与I/O端口
功能
进行地址译码和设备选择
实现主机和外设的通信联络控制
实现数据缓冲
信号格式的转换（电平转换、并/串转换、模/数转换）
IO接口的通用结构
数据线
读写数据
状态字（命令字）
控制字
中断类型号
地址线
I/O端口地址
如果某个I/O接口能够作为数据通信的主控设备（如DMA控制器），那么它就可以发起总线事务并控制总线进行数据传送，地址线方向为输出
控制线
各种信号
I/O端口编址
统一编址
独立编址
需要设置专门的I/O指令
程序查询方式
特点
信息交换完全由 CPU 执行程序实现
CPU 与外设串行工作
工作流程
程序中断方式
特点
通过中断请求CPU转去处理，在处理的过程中完成数据传输，处理完毕后回到现行程序
CPU 与外设并行工作
中断IO方式请求的是处理器的时间
工作流程
DMA
特点
传送数据不经过CPU
采用“请求-响应”方式
主要用于磁盘等高速设备数据传送
DMA方式请求的是总线控制权
CPU与外设并行工作
工作流程
1.DMA控制器的初始化
CPU执行一段初始化程序：
1.准备内存区
2.设置传送参数
3.向DMA控制器发送“启动DMA传送”命令，然后调度CPU执行其他进程，由DMA控制器掌权
2.DMA数据传送
DMA控制器给出内存地址
读写线发命令
每完成一个数据传送，字计数值减1并修改主存地址，字计数器为0时完成所有IO操作
3.DMA的后处理
字计数器为0时，发出DMA结束的中断请求信号给CPU，转入中断服务程序，做一些数据校验等后处理工作
传送方式
停止CPU访存
DMA传输时，由DMA控制器发一个停止信号给CPU，使CPU脱离总线，停止访问主存，直到DMA传送一块数据结束
周期挪用
DMA传输时，CPU让出一个总线事务周期，由DMA控制器挪用一个主存周期来访问主存，传送完一个数据后立即释放总线，是一种单字传输方式
每个块只需要初始化一次，在传输过程中每传输一个字DMA控制器就要重新申请总线（这个才是周期挪用的单字传输！），最后进行后处理
DMA与CPU交替访存
DMA请求与DMA中断
计算（CPU用于I/O或DMA的时间占整个CPU时间的百分比）
方法
用于I/O的时钟周期数/CPU在1s内能够提供的时钟周期数
主频xHz=1s内CPU可以提供x个时钟周期
例题
