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7.第七周课件--IO方式和内核空间IO软件1

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① CPU处于开中断状态 ② 在一条指令执行完 ③ 至少要有一个未被屏蔽的中断请求 ① 关中断（“中断允许位” 清0）：使CPU处于“禁止中断”状态，以防止 ②

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三种基本I/O方式

° 程序直接控制方式（最简单的I/O方式）

• 无条件传送：对简单外设定时（同步）进行数据传送

• 条件传送：CPU主动查询，也称程序查询或轮询（Polling）方式

° I/O Interrupt (中断I/O方式): 几乎所有系统都支持中断I/O方式

• 若一个I/O设备需要CPU干预，它就通过中断请求通知CPU

• CPU中止当前程序的执行，调出OS（中断处理程序）来执行

• 处理结束后，再返回到被中止的程序继续执行

° Direct Memory Access (DMA方式): 磁盘等高速外设所用的方式

• 磁盘等高速外设成批地直接和主存进行数据交换

• 需要专门的DMA控制器控制总线，完成数据传送

• 数据传送过程无需CPU参与

以hello程序为例说明

#include <stdio.h>

int main()

{

printf("hello, world\n");

}

假定以下用户程序对应的进程为p

main()

{

…

printf();

…

}

用户程序

printf()

{

…

xxxx();

…

}

system_call()

{

…

xxxx();

…

}

系统调用

封装函数

系统调用

处理程序

用户空间、运行在用户态

内核空间、运行在内核态

write()

{

…

int $0x80

…

}

I/O 标准

库函数

sys_write()

{

…

}

系统调用

服务例程

字符串输出最终是由内核中的

sys_write系统调用服务例程实现

sys_write可用三种I/O方式实现：

程序查询、中断和 DMA

程序查询（Polling）方式

° I/O设备（包括设备控制器）将自己的状态放到状态寄存器中

• 打印缺纸、打印机忙、未就绪等都是状态

° OS阶段性地查询状态寄存器中的特定状态，以决定下一步动作

• 如：未“就绪”时，则一直“等待”

° 例如：sys_write进行字符串打印的程序段大致过程如下：

copy_string_to_kernel ( strbuf, kernelbuf, n); // 将字符串复制到内核缓冲区

for (i=0; i < n; i++) { // 对于每个打印字符循环执行

while ( printer_status != READY); // 等待直到打印机状态为“就绪”

*printer_data_port=kernelbuf[i]; // 向数据端口输出一个字符

*printer_control_port=START; // 发送“启动打印”命令

}

return_to_user ( ); // 返回用户态

如何判断“就绪”？如何“等待”？

读取状态寄存器，判断特定位（1-就绪；0-未就绪）是否为1

等待：读状态、判断是否为1；不是，则继续读状态、判断、…….

程序查询（Polling）方式

举例：控制打印输出

设置计数值

读接口状态

输出一个字符

就绪否

启动打印

修改内存地址

修改计数值

完成否

结束

设置内存缓冲区首址

这里“就绪”的含义是什么？

打印机控制器的数据缓冲中内容已被

取走，现为“空”，可接受新的打印

字符。由打印控制器自动设置

功能：打印AL寄存器中的字符。

PRINT PROC NEAR

PUSH AX ; 保留用到的寄存器

PUSH DX ; 保留用到的寄存器

MOV DX, 378H ; 数据锁存器口地址送DX

OUT DX, AL ; 输出要打印的字符到数据锁存器

MOV DX, 379H ; 状态寄存器口地址送DX

WAIT: IN AL, DX ; 读打印机状态位

TEST AL, 80H ; 检查忙位

JE WAIT ; 等待直到打印机不忙

MOV DX, 37AH ; 命令(控制)寄存器口地址送DX

MOV AL, 0DH ; 置选通位=1（表示启动打印）

OUT DX, AL ;使命令寄存器中选通位置1

POP DX

POP AX ; 恢复寄存器

RET

PRINT ENDP

打印输出标准子程序

回顾：过程/函数/子程序中的开始总是先

要保护现场，最后总是要恢复现场！

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