CPU与I/O设备并行工作：中断与接口详解

CPU与I/O设备并行工作是计算机系统中的关键环节，它涉及到如何有效地管理和协调中央处理器（CPU）与其他输入输出（I/O）设备之间的通信。在现代计算机架构中，这些设备如打印机、键盘、显示器等，工作时并非同步于CPU，而是通过中断、程序中断和直接存储器访问（DMA）等方式实现并行交互。 1. **CPU与I/O设备的并行工作示例**: CPU与针式打印机的协作通常涉及一个中断机制。当打印机完成一行打印后，会通过中断信号通知CPU。如果CPU收到这个中断，它会暂停当前任务，转而执行打印中断服务程序，将下一行的打印数据发送给打印机控制器，启动新一行的打印，然后返回到原任务。这种方式提高了CPU的效率，因为它可以在处理其他任务的同时让I/O设备独立工作。 2. **中断的作用**: 中断是I/O并行工作的重要组成部分。它的主要作用是： - **提高CPU利用率**: 通过响应中断，CPU可以在等待I/O操作完成时执行其他任务，而不是空闲。 - **处理批量数据的不便**: 程序中断方式对于一次性处理大量数据可能不够高效，因为每次中断都会导致CPU上下文切换，增加开销。 3. **数据传送控制方式**: 输入输出设备的数据传送可以通过不同的控制方式实现，如程序中断、DMA等。程序中断要求CPU全程参与，而DMA允许设备直接从内存读取或写入数据，减少了CPU的介入，提高了数据传输速率。 4. **接口电路的重要性**: 微机中的各种外设由于速度、信号形式、工作原理等方面差异很大，不能直接与CPU连接。因此，接口电路作为中介，提供了以下功能： - **信息变换和速度匹配**: 转换不同格式的数据和协议，适应设备速度。 - **数据缓冲**: 缓冲数据传输，防止因速度不匹配导致的数据丢失。 - **中断管理**: 控制中断请求和响应，保证系统稳定。 - **可编程性**: 通过软件调整接口工作模式和控制信号，增强灵活性。 5. **I/O系统组件**: I/O系统由主机（CPU和存储器）、外部设备和接口组成。系统接口负责设备识别、数据传输、控制信号处理等，确保主机与外设之间有效通信。设备接口则具体负责连接设备和系统接口，执行地址识别、数据转换和状态管理等功能。 6. **I/O系统概述**: 本章节全面介绍了I/O系统的各个方面，包括设备的编址方式、数据传送控制机制，以及程序中断和DMA两种主要工作模式。学生需要掌握这些技术的工作过程，理解中断概念和原理，了解DMA的特点及其如何提高数据传输效率。 CPU与I/O设备并行工作是计算机体系结构中的关键点，通过有效的中断管理和DMA技术，可以显著提高系统性能。理解这些概念和技术有助于深入学习和设计高效能的计算机系统。