输入输出及中断PPT学习教案.pptx

输入输出（I/O）是计算机系统中至关重要的组成部分，它涉及到CPU与外部设备间的数据交换。在计算机系统中，CPU与外设交换的信息主要分为三类：数据信息、状态信息和控制信息。数据信息可以是数字量、模拟量或开关量，其中数字量通常用ASCII码表示的数或字符形式；状态信息反映外设当前的工作状态；控制信息则由CPU发出，用于控制I/O接口的工作模式以及外设的启动和停止。 在数据传输方式上，主要有无条件传送、查询传送和中断传送这三种。 1. **无条件传送**（又称同步传送）：这种方式适用于外设的工作时间已知，CPU可以在预定的时间内等待数据准备就绪。例如，当I/O指令插入到程序中，CPU执行到该指令时，外设已经准备好，然后在指令执行期间完成数据传输。无条件传送的优点在于软件和接口硬件设计简单，但缺点是CPU效率较低，适合简单外设，应用范围有限。 2. **查询传送**（又称异步传送）：在CPU与外设不同步或外设工作速率未知的情况下，CPU需要先查询外设的状态，只有在外设准备好后才会进行数据传输。这种传输方式适用于外设状态变化不频繁、对传输速度要求不高的场景。其优点是软件实现相对简单，但缺点是CPU效率低，实时性和速度较差。 3. **中断传送**：为了克服无条件和查询传送的不足，引入了中断机制。在外设需要服务时，它可以向CPU发出中断请求，CPU在响应中断后执行中断服务程序，完成数据传输，然后返回主程序继续执行。中断传送提高了CPU利用率，具有良好的实时性和速度，但程序设计相对复杂。 除了上述三种CPU参与的I/O方式，还有一种**直接存储器存取（DMA）**方式，它允许外设直接与内存交换数据，无需CPU干预。DMA控制器负责管理内存和外设间的地址和读写操作，从而提高数据传输速率。常见的DMA操作方法包括周期挪用、周期扩散和CPU停机方式，其中CPU停机方式是最常用和最简单的一种。 CPU与外设间的交互方式各有优缺点，选择哪种方式取决于应用场景的需求，如实时性、效率、复杂性和硬件资源。在实际的系统设计中，往往结合多种传输方式以达到最佳性能和灵活性。