cpu与外设串行工作 cpu与外设( 二 ) _其他专栏

8.2.1 查询传送方式
cpu与i/o设备的工作往往是异步的,很难保证当cpu执行输入操作时,外设已把要输入的信息准备好了;而当cpu执行输出时,外设的寄存器(用于存放cpu输出数据的寄存器)一定是空的.所以,通常程序控制的传送方式在传送之前,必须要查询一下外设的状态,当外设准备就绪了才传送;若未准备好,则cpu等待.
1.查询式输入
在输入时,cpu必须了解外设的状态,看外设是否准备好.
当输入设备的数据已准备好后,发出一个选通信号,一边把数据送入锁存器,一边使d触发器为”1″,给出”准备好”ready的状态信号.而数据与状态必须由不同的端口输至cpu数据总线.当cpu要由外设输入信息时,先输入状态信息,检查数据是否已准备好,当数据已经准备好后,才输入数据.读入数据的指令,使状态信息清”0″.
这种查询输入方式的程序流程图,如图8-11所示.
2.查询式输出
同样的,在输出时cpu也必须了解外设的状态,看外设是否有空(即外设不是正处在输出状态,或外设的数据寄存器是空的,可以接收cpu输出的信息),若有空,则cpu执行输出指令,否则就等待.
查询式输出的程序流程图如图8-14所示.
8.2.2 中断传送方式
在上述的查询传送方式中,cpu要不断地询问外设,当外设没有准备好时,cpu要等待,不能进行别的操作,这样就浪费了cpu的时间.而且许多外设的速度是较低的,如键盘,打印机等等,它们输入或输出一个数据的速度是很慢的,在这个过程中,cpu可以执行大量的指令.为了提高cpu的效率,可采用中断的传送方式:在输入时,若外设的输入数据已存入寄存器;在输出时,若外设已把上一个数据输出,输出寄存器已空,由外设向cpu 发出中断请求,cpu就暂停原执行的程序( 即实现中断),转去执行输入或输出操作(中断服务),待输入输出操作完成后即返回,cpu再继续执行原来的程序.这样就可以大大提高cpu的效率,而且允许cpu与外设(甚至多个外设)同时工作.
8.2.3 直接数据通道传送(dma)
中断传送仍是由cpu通过程序来传送,每次要保护断点,保护现场需用多条指令,每条指令要有取指和执行时间.这对于一个高速i/o设备,以及成组交换数据的情况,例如磁盘与内存间的信息交换,就显得速度太慢了.
所以希望用硬件在外设与内存间直接进行数据交换(dma),而不通过cpu,这样数据传送的速度的上限就取决于存储器的工作速度.但是,通常系统的地址和数据总线以及一些控制信号线(例如io/,,等)是由cpu管理的.在dma方式时,就希望cpu把这些总线让出来(即cpu连到这些总线上的线处于第三态——高阻状态),而由dma控制器接管,控制传送的字节数,判断dma是否结束,以及发出dma结束等信号.这些都是由硬件实现的.
1.dma控制器的基本功能
dmac是控制存储器和外部设备之间直接高速地传送数据的硬件电路,它应能取代cpu,用硬件完成图8-17所示的各项功能.具体地说应具有如下功能:
(1)能接收外设的请求,向cpu发出dma请求信号.
(2)当cpu发出dma响应信号之后,接管对总线的控制,进入dma方式.
(3)能寻址存储器,即能输出地址信息和修改地址.
(4)能向存储器和外设发出相应的读/写控制信号.
(5)能控制传送的字节数,判断dma传送是否结束.
(6)在dma传送结束以后,能结束dma请求信号,释放总线,使cpu恢复正常工作.
2.dma传送方式
各种dmac一般都有两种基本的dma传送方式:
(1)单字节方式:每次dma请求只传送一个字节数据,每传送完一个字节,都撤除dma请求信号,释放总线.
(2)字节(字符)组方式:每次dma请求连续传送一个数据块,待规定长度的数据块传送完了以后,才撤除dma请求,释放总线.

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