计算机组成原理：第八章 输入输出系统 - 中断与DMA

"计算机组成原理第八章输入输出系统8.2.ppt" 在计算机系统中，输入输出（I/O）系统是连接处理器与外部设备的关键部分，它负责数据的传输和控制。本节主要讨论了I/O接口以及两种重要的信息交换方式——中断和直接存储器访问（DMA）方式。 中断是计算机系统中处理随机事件的一种机制。当外部设备完成某项操作或出现异常情况时，会向CPU发送一个中断请求信号。例如，当用户按下键盘上的键，键盘控制器就会向CPU发出中断请求。CPU在接收到中断请求后，会暂停当前正在执行的程序，转而执行预先设定的中断处理程序。这个过程称为中断响应。 中断处理包括以下几个步骤： 1. **中断请求**：外部设备向CPU发送中断请求信号。 2. **中断响应**：CPU检测到中断请求并保存当前程序的状态，这通常涉及保存程序计数器（即断点），以备后续恢复。 3. **保护现场**：为了确保程序执行的连续性，CPU需要保存所有相关的寄存器状态，防止被中断处理程序改变。 4. **执行中断处理程序**：CPU开始执行中断处理程序，处理与中断事件相关的工作，如读取键盘输入或者处理硬件故障。 5. **恢复现场**：中断处理完成后，CPU恢复之前保存的现场信息。 6. **中断返回**：CPU返回到中断前的断点，继续执行被中断的程序。 中断处理的一个重要特点是其随机性和实时性。由于中断可以随时发生，因此中断处理必须快速高效，通常在一条指令执行结束后进行切换。这种机制保证了程序的完整性，即使在处理中断时，也不会丢失或破坏原程序的数据。 此外，除了中断，DMA也是一种高效的I/O交换方式。在DMA模式下，数据直接在外部设备和内存之间传输，无需CPU的参与，大大提高了数据传输速度。例如，在硬盘读写操作中，数据可以从硬盘通过DMA控制器直接传输到内存，而CPU可以继续执行其他任务，提高系统的整体效率。 在标准接口方面，SCSI（Small Computer System Interface）、IEEE 1394（FireWire）和USB（Universal Serial Bus）是常见的I/O接口标准，它们提供了不同速度和功能的连接方案，用于连接各种外部设备，如硬盘、打印机、扫描仪等。 总结来说，本章主要讲述了计算机如何通过中断和DMA机制与外部设备交互，以及标准接口在实际应用中的重要性。了解这些知识对于理解计算机系统的工作原理至关重要。