软件设计师教程强化练习之中断

软件设计师 责任编辑:小狐狸 2016-04-28

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       软件设计师考试属于全国计算机技术与软件专业技术资格考试(简称计算机软件资格考试)中的一个中级考试。考试不设学历与资历条件,也不论年龄和专业,考生可根据自己的技术水平选择合适的级别合适的资格,但一次考试只能报考一种资格。考试采用笔试形式,考试实行全国统一大纲、统一试题、统一时间、统一标准、统一证书的考试办法。          

   中断在计算机中,I/O系统可以有三种不同的工作方式,分别是程序控制方式、程序中断方式和DMA工作方式。

   1.程序控制方式

   在程序控制方式模式下,输入输出完全由CPU控制,在整个I/O过程中CPU必须等待其完成,限制了CPU的高速能力。不过这种方式下,是由程序主动查询外设,完成主机与外设间的数据传送,方法简单,硬件开销小。

   在这种方式下,I/O设备有2种编码方式:

   (1)存储器映射:即I/O设备和主存储器统一编址,使用相同的机器指令来访问内存和外设,这种方式下,CPU是采用地址的不同来区分访问的是外设还是存储器的。

   (2)独立编址:I/O设备和主存储器的地址空间相互独立,CPU使用专门的I/O指令来访问外设。

   程序查询时,CPU既可以进行串行点名,也可以进行并行查询。

   (1)串行点名:CPU依次对所有的外设进行查询,不过每次只查询一台。

   (2)并行查询:对各个外设的状态位集中起来,由CPU通过一个专用的端口来读取,每次可以同时查询多个外设的状态。

   2.程序中断方式

   在I/O控制中引入中断,是为了解决"程序控制输入输出"方法中CPU低效等待的缺陷。采用该机制,它将无须定期查询I/O系统的状态,而可以抽身处理其他途径。当I/O系统完成后,则以中断信号通知CPU,之后CPU保存正在执行程序的现场(包括程序计数器PC,记住执行到哪个指令),然后转入I/O中断服务程序完成数据交换。而收到中断请求后,停止正在执行的代码,保存现场的时间称之为中断响应时间,这个时间应该尽可能短。

   在系统中有多个中断源时,常见的处理方法包括如下所示:

   (1)多中断信号线法:就是给每个中断源"拉一根电话线",做到专线专用。

   (2)中断软件查询法:CPU收到中断后转到中断服务程序,由该程序来确认中断源。

   (3)雏菊链法:硬件查询法,所有的I/O模块共享一条共同的中断请求线。

   (4)总线仲裁法:一个I/O设备在发出中断请求前,必须先获得总线控制权。由总线仲裁机制来决定谁有权发出中断信号。

   (5)中断向量表法:中断向量表用来保存各个中断源的中断服务程序的入口地址,当外设发出中断后,由中断控制器确定其中继号。

   3.DMA方式

   中断法虽然比程序控制法要更加有效,但由于都是由软件来完成工作的,因此难以满足高速传输的要求。而DMA方式则使用DMA控制器来控制和管理数据传输。DMAC与CPU共享系统总线,并且具有可以独立访问存储器的能力。

   在进行DMA时,CPU放弃对系统总线的控制,改由DMAC控制总线;由DMAC提供存储器地址及必须的读写控制信号,实现外设与存储器的数据交换。

   (1)向CPU申请DMA传送。

   (2)获得CPU允许后,DMA控制器接管系统总线的控制权。

   (3)在DMA控制器的控制下,在存储器和外设之间进行数据传送,在传送过程中无须CPU参与,开始时需要提供传送数据的长度和起始地址。

   (4)传送结束后,向CPU返回DMA操作完成信号。

   DMAC获取系统总线的控制权可以采用暂停方式(CPU交出控制权到DMA操作结束)、周期窃取方式(CPU空闲时暂时放弃总线时,插入一个DMA周期)、共享方式(CPU不使用系统总线时,由DMAC来进行DMA传输)。

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