I/O设备的定时方式：从单级中断系统到同步异步策略

"单级中断系统-计算机组成原理白中英版第八章课件" 在计算机系统中，中断是实现CPU与外部设备间通信的重要机制。单级中断系统是计算机硬件设计的一种方式，用于处理来自外部设备的中断请求。在这个系统中，CPU只有一个中断级别，即所有中断请求都会被统一处理，不区分优先级。 当IM（Interrupt Mask，中断屏蔽）设置为1时，意味着系统允许中断发生，CPU可以响应外部设备的中断请求。而当IM设置为0时，中断功能被关闭，CPU不会响应任何中断，这通常在执行关键操作或处理当前中断时使用，以防止新的中断干扰正在进行的工作。 中断响应周期是中断处理流程的关键部分，它包括了以下几个步骤： 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检测到中断请求后，停止当前指令的执行，保存现场（如程序计数器PC、状态寄存器等），以便稍后恢复执行。 3. 中断处理：CPU转而执行中断服务程序，这个程序负责处理与中断相关的任务，例如读取或写入数据、更新设备状态等。 4. 中断返回：中断服务完成后，CPU恢复先前保存的现场，并跳转回原来的指令，继续执行被中断的程序。 本章还提到了I/O设备的速度分级与信息交换方式。不同类型的I/O设备速度差异很大，从极慢的设备（如键盘、鼠标）到高速设备（如硬盘、网络接口）。对于这些设备，CPU需要采取不同的定时策略来确保数据交换的同步： 1. 极慢或简单的I/O设备：CPU不需要进行定时，因为设备始终准备就绪，可以随时进行数据交换。 2. 慢速或中速设备：通常采用异步定时方式，CPU会先查询设备状态，只有在外设准备好数据且发送“准备就绪”信号后，CPU才会开始数据传输，并在接收后发送回应信号，确保数据的有效性。 3. 高速设备：可能需要同步定时方式，即设备和CPU必须按照相同的时间节奏进行数据交换，通常用于高速数据传输场景。 除此之外，章节内容还涉及了DMA（直接存储器访问）方式、通道方式和通用I/O标准接口等高级I/O技术，这些都是为了提高CPU效率，减轻其在I/O操作中的负担，以及增强系统的并行处理能力。在DMA方式中，数据可以直接从设备传输到内存，而不经过CPU；通道方式则提供了专门处理I/O操作的硬件，使得CPU可以专注于计算任务；而通用I/O标准接口（如USB、PCIe等）则促进了设备的标准化和互换性，简化了系统设计和维护。