输入输出系统：中断服务程序与DMA控制

"这篇资料主要讲述了输入输出系统中的几种数据交换方式，重点是程序中断方式和DMA方式。中断服务程序在后处理阶段的作用是校验数据、决定是否继续使用DMA以及检查传输正确性。DMA控制器则专注于数据块的传输控制。课程还涵盖了不同速度的外围设备如何与CPU同步，包括无需定时、异步定时和同步定时三种方式。" 在计算机系统中，输入输出(I/O)是数据传输的关键环节，尤其是当CPU与速度各异的外围设备交互时。本章主要探讨了I/O系统的设计，包括速度分级的外围设备、信息交换方式、程序中断、DMA以及通道方式等。其中，程序中断和DMA是实现高效I/O操作的重要机制。 程序中断是一种允许CPU暂停当前执行的任务，响应外部事件（如设备完成数据传输）的技术。中断服务程序在中断处理的后处理阶段，负责关键任务，例如验证刚刚送入内存的数据是否准确无误，判断是否继续使用DMA进行后续的数据传输，并通过测试确保整个传输过程无误，如果有错误，会转跳到诊断程序进行修复。 DMA（直接存储器访问）方式则为高速数据传输提供了可能，它允许外围设备直接与内存交换数据，而无需CPU参与每个数据的传输。DMA控制器在这一过程中起到核心作用，负责协调数据块的传输，从而极大地提高了数据传输效率，减少了CPU的负担。 对于速度分级的外围设备，CPU与它们之间需要合适的定时策略以确保数据交换的同步。对于速度极慢或简单的设备，如机械开关、显示二极管，CPU可以直接读取或写入数据，无需考虑设备的准备状态。而对于慢速或中速设备，如键盘和鼠标，采用异步定时方式，CPU需先查询设备状态，只有在外设准备好数据后才进行传输，并给出响应信号告知设备数据已被处理。 异步定时方式中，CPU会在外设准备好数据时通过总线接收，并在接收后发送响应信号，清空外设的状态标志以准备下一轮交换。如果外设未准备好，CPU会等待，直到外设发出“准备就绪”信号。 同步定时方式适用于快速设备，数据传输的速度与CPU保持一致，保证了高效的通信。 理解并掌握这些I/O系统的基本概念和技术对于设计和优化计算机系统的性能至关重要，尤其是在处理大量数据交换的应用场景中，如大数据处理、实时操作系统等。通过程序中断和DMA等方式，可以显著提升系统效率，使得CPU能更好地专注于计算密集型任务，而不是被频繁的I/O操作所拖累。