I/O 接口
Q: IO 接口有哪些端口? (三个)
A: 数据端口, 状态端口和控制端口
Q: IO 端口的两种编址方式
A: - 独立编址:
对所有的 I/O 端口单独进行编址.
I/O 端口的地址空间与主存地址空间是两个独立的地址空间, 它们的范围可以重叠, 相同地址可能属于不同的地址空间.
需设置专门的 I/O 指令来表明访问的是/O 地址空间
- 统一编址:
是指把主存地址空间分出一部分给 I/O 端口进行编址
I/O 端口和主存单元在同一地址空间的不同分段中,
根据地址范围就能区分访问的是 I/O 端口还是主存单元
无须设置专门的 I/O 指令, 用统一的访存指令就可访问 I/O 端口
Q: 总线中的三条不同线的作用
数据线, 控制线, 地址线
A: 数据线: 读/写数据, I/O 接口中的命令字, 状态信息, 控制信息和中断类型号
控制线: 控制信号, 中断请求和响应信号, 仲裁信号和握手信号
地址线: 要访问 I/O 接口中的寄存器的地址
Q: 总线上传输状态信号与状态信息的线为?
A: 状态信号: 控制线
状态信息: 数据线
I/O 方式
Q: 主机访问 I/O 设备的三大控制方式
A: - 程序直接控制:
CPU 负责执行所有与 I/O 操作相关的指令和数据传输. CPU 会不断地轮询 I/O 设备的就绪状态, 直到设备准备好进行数据传输
- 中断驱动:
当 I/O 设备完成一个操作后, 会向 CPU 发出中断请求, 通知 CPU 进行相应的处理.
CPU 在执行完当前指令后, 会响应中断请求, 转到相应的中断服务程序处理 I/O 操作. - DMA:
DMA 是一种允许外设直接访问主存的控制方式, 无需 CPU 的直接干预.
DMA 控制器负责管理 I/O 数据传输, CPU 只需在传输开始和结束时进行设置和通知.
Q: 主机访问 I/O 设备的三大控制方式, 效率区别
程序直接控制, 中断驱动, DMA
A: 程序直接控制, 效率最低
中断驱动, 效率居中
DMA, 效率最高
哪些外设适合使用中断驱动方式进行 I/O?
{键盘}
{鼠标}
{打字机}
{定时器/时钟}
字符型设备
哪些外设适合使用DMA方式进行 I/O?
{磁盘}
{网卡}
{显卡}
{声卡}
{数据采集卡}
程序直接驱动
独占查询
CPU 一直持续查询外设接口, 获取设备状态
定时查询
周期性查询外设接口, 获取设备状态
中断驱动
Q: 开中断情况下, CPU 检测到中断就一定会立即响应吗?
A: 是的
在开中断情况下, CPU 在条指令执行结束时检测到中断请求信号, 则会立即响应
即便是多重中断, CPU 正在处理某个中断的过程中, 由于中断屏蔽字的存在, CPU 检测不到处理优先级更低的中断请求信号, 因此若检测到中断请求信号, 则说明新中断源的处理优先级更高, 同样也会立即响应
Q: 中断源, 中断处理程序, 中断向量, 向量地址的关系
A: 中断源发出中断请求信号
系统收到中断请求信号后, 进入中断向量表查
根据中断编号在中断向量表中得到中断处理程序地址
根据中断处理程序地址, 运行中断处理程序
Q: 中断隐指令执行的三步操作
A: 关中断
保存断点: 保存 PC 和 PSW
引出中断服务程序
Q: 中断隐指令由软件执行还是由硬件执行?
A: 由硬件自动完成的一系列微操作.
Q: 为什么中断隐指令由硬件完成, 但被叫作隐指令?
Q: 由硬件完成的, 对程序员是透明的, 且其功能类似一条复杂的指令, 所以被称为”隐指令”.
Q: 可屏蔽中断, 内部异常, 不可屏蔽中断优先级排序, 从低到高
A: 可屏蔽中断<内部异常<不可屏蔽中断
Q: CPU 处于中断屏蔽状态下会响应哪些中断请求?
A: 不可屏蔽中断
内部异常
DMA
主机访问 I/O 设备, DMA 方式
主存和 DMA 接口之间有一条直接数据通路
DMA 方式传送数据不需要经过 CPU
DMA 方式传送 IO 设备数据过程
预处理, 传输, 后处理
IO 设备 DMA 方式和中断方式, 传输阶段的重要区别
- 无需中断: DMA 不需要中断, 也不需要保护现场, 只有预处理和后处理占用 CPU 资源
- 任意响应: CPU 对 DMA 请求的相应可以在任意一个机器周期结束时 (取指, 间址, 执行周期后均可)
- 传输效率高: 直接硬件执行, 不需要 CPU, 传输效率高
Q: DMA 请求与 (普通) 中断请求谁优先级更高?
A: DMA 请求的优先级高于中断请求
掉电中断请求高于 DMA 请求
使用 DMA 方式进行 I/O, 有以下三种传送方式
{CPU 停止法}/{成组传送}
{周期挪用法}/{单字传送}
{交替分时访问法}/{透明传送}
在 DMA 的 CPU 停止法 (成组传送) 模式下, DMA 传输时, CPU{脱离总线, 停止访问主存}, 直到 DMA 传送完一整块数据.
Q: DMA 的哪种传送方式会使 CPU 在整个数据块传输期间完全暂停工作?
A: CPU 停止法 (成组传送 / Burst Mode)
Q: 在 DMA 的周期挪用模式中, 当 I/O 和 CPU 同时请求访存时, 谁的优先级更高? 为什么?
A: I/O 访存优先级更高.
Q: 为什么在 DMA 的周期挪用模式中, 当 I/O 和 CPU 同时请求访存时, I/O 访存优先级更高?
A: 因为 I/O 设备若不立即访存, 就可能丢失数据.
DMA 的周期挪用模式, 是在 I/O 需要时 “挪用” 一个或几个存取周期, 传送完一个 {总线字} 后立即释放总线, 因此也称为 {单字传送} 方式.
Q: 在 DMA 的周期挪用模式下, 如果 CPU 正在访存, I/O 设备可以立即抢占总线吗?
A: 不可以. 必须等待 CPU 当前的存取周期结束后, CPU 才会让出总线占有权.
DMA 的交替分时访问模式, 其原理是将 CPU 周期分为两部分, 一部分专供 {DMA 访存}, 另一部分专供 {CPU 访存}.
Q: CPU 周期与存储周期什么情况下适合使用交替分时访问 (透明传送)?
A: CPU 周期长而存储周期短
Q: 为什么 “交替分时访问” 模式又被称为 “透明传送”?
A: 因为 DMA 访存利用的是 CPU 不访存的空闲时间, 对 CPU 来说是透明的 (感觉不到 DMA 的存在), CPU 无需中断或等待, 运行效率不会下降.
Q: DMA 的哪种传送方式不需要申请、建立和归还总线的使用权?
A: 交替分时访问 (透明传送) 模式.