计算机信息传送控制方式教学内容及方法介绍

计算机信息传送控制方式教案

教学对象高三计算机(1)班教学内容程序查询方式&＃xff0c;程序中断方式DMA方式&＃xff0c;通道控制方式1. 了解几种基本的输入输出信息传送控制方式2. 了解各种传送方式的原理程序查询方式&＃xff0c;程序中断方式DMA方式&＃xff0c;通道控制方式复习上节课内容并提问计算机输入/输出接口的概念,组成和功能主机和外设之间的信息传送控制方式&＃xff0c;经历了由低级到高级、简单到复杂、由集中管理到各部分分散管理的发展过程。按其发展的先后次序和主机与外设并行工作的程度&＃xff0c;可以分为以下四种程序查询方式&＃xff1a;

程序查询方式是一种程序直接控制方式&＃xff0c;这是主机和外设间进行信息交换的最简单方式&＃xff0c;输入和输出完全是通过CPU执行程序来完成的。I/O传送数据还可分为同步方式和异步方式。

优点&＃xff1a;结构简单&＃xff0c;只需要少量的硬件电路即可。缺点&＃xff1a;由于CPU的速度远远高于外设&＃xff0c;因此在查询中CPU通常处于等待状态&＃xff0c;使系统效率大大降低。 CPU在一段时间内只能和一台外设交换信息&＃xff0c;其他设备不能同时工作。不能发现和处理预先无法估计的错误和异常情况。

中断处理方式(程序中断方式)&＃xff1a;主机启动外设后无需等待查询&＃xff0c;而是继续执行原来的程序&＃xff0c;外设在做好输入/输出准备时&＃xff0c;向主机发中断请求&＃xff0c;主机接到请求后就暂时中止原来执行的程序&＃xff0c;转去执行中断服务程序——对外部请求进行处理&＃xff0c;在中断处理完毕后返回原来的程序继续执行。适用于中、低速外设。中断处理过程实际上是程序的切换过程&＃xff0c;即从现行程序切换到中断服务程序&＃xff0c;再从中断服务程序返回到现行程序。CPU每次执行中断服务程序前总要保护断点和保护现场&＃xff0c;执行完中断服务程序返回现行程序之前又要恢复现场&＃xff0c;恢复断点。

DMA方式&＃xff1a;(直接存储器存取)

中断方式利用程序保护和恢复现场&＃xff0c;再加上执行中断服务程序&＃xff0c;占用主机时间过多&＃xff0c;有时候不但CPU的工作效率很低&＃xff0c;而且可能丢失数据。因此提出一种新的I/O控制方式——直接存储器访问方式&＃xff0c;简称DMA方式&＃xff0c;使得设备与存储器直接交换数据&＃xff0c;不再经过CPU&＃xff0c;不破坏CPU现场&＃xff0c;也就不需要保护现场和恢复现场。

DMA控制器代行CPU部分职能&＃xff0c;大大加速了数据传输过程&＃xff0c;减少了CPU管理I/O的负担&＃xff0c;提高了高速设备传送数据的可靠性。

DMA方式传送数据原理&＃xff1a;

主机响应设备的DMA请求后&＃xff0c;交出总线控制权&＃xff0c;由DMA控制器代替CPU控制主存读写操作。DMA控制器主要包括交换数据的主存单元地址寄存器&＃xff0c;设备地址寄存器&＃xff0c;交换数据的缓冲寄存器&＃xff0c;交换数据的字数计数器&＃xff0c;控制和状态寄存器等。

DMA工作过程&＃xff1a;

也就是说它不像前两种方式那样通过CPU执行程序&＃xff0c;将外设的数据送入内存&＃xff0c;或将内存的数据送到外设输出&＃xff0c;而是直接(不通过CPU)由接口硬件控制系统总线与内存进行数据交换。

I/O通道控制方式 &＃xff1a;

在大型计算机系统中&＃xff0c;所连接的I/O设备数量多&＃xff0c;输入输出频繁&＃xff0c;要求整体的速度快&＃xff0c;单纯依靠主CPU采取程序中断和DMA等控制方式已经不能满足要求&＃xff0c;于是通道控制方式被引入计算机系统。

I/O通道控制方式是DMA方式的进一步发展&＃xff0c;在系统中设有通道控制部件&＃xff0c;每个通道挂若干外设&＃xff0c;主机在执行I/O操作时&＃xff0c;只需要启动有关通道&＃xff0c;通道将执行通道程序&＃xff0c;从而完成I/O操作。

通道是一个具有特殊功能的处理器&＃xff0c;它能独立地执行通道程序&＃xff0c;产生相应的控制信号&＃xff0c;实现对外设的统一管理和外设与主存之间的数据传送&＃xff0c;但它不是一个完全独立的处理器。他要在CPU的I/O指令指挥下才能启动&＃xff0c;停止或改变工作状态&＃xff0c;是从属于CPU的一个专用处理器。

一个通道执行输入/输出过程全部由通道按照通道程序自行处理&＃xff0c;不论交换多少信息&＃xff0c;只打扰CPU两次(启动和停止时)。因此&＃xff0c;主机&＃xff0c;外设和通道可以并行工作&＃xff0c;而且一个通道可以控制多台不同类型的设备。字节多路通道&＃xff1a;简单的共享通道&＃xff0c;用于连接与管理多台低速设备&＃xff0c;以字节交叉方式传送信息。

选择通道&＃xff1a;又称为高速通道&＃xff0c;在物理上它也可以连接多个设备&＃xff0c;但这些设备不能同时工作&＃xff0c;在一段时间内通道只能选择一台设备进行数据传送&＃xff0c;此时该设备可以独占整个通道。

数组多路通道&＃xff1a;是把字节多路通道和选择通道的特点结合起来的一种通道结构。数组多路通道有多个子通道&＃xff0c;既可以执行多路通道程序&＃xff0c;即像字节多路通道一样&＃xff0c;所有子通道分时共享总通道&＃xff0c;又可以用选择通道那样的方式成组地传送数据&＃xff0c;既具有多路并行操作的能力&＃xff0c;又具有很高的数据的传输速率&＃xff0c;使通道的效率充分得到发挥。目前&＃xff0c;小型&＃xff0c;微型机大多采用程序查询方式&＃xff0c;程序中断方式和DMA方式&＃xff0c;大&＃xff0c;中型机多采用通道方式。

作业指导书P22 第三题教学反思该节内容理论性较强&＃xff0c;需要在理解的基础上记忆相关的知识点&＃xff0c;需要通过更多直观的教学方法如动画帮助学生理解。

计算机原理教案

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