本文主要是介绍输入输出系统和中断总结，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
IO系统基本概念
外部设备：包括输入输出设备以及通过输入输出接口才能访问的外存储设备
接口：在各个外设与主机之间传输数据时进行各种协调工作的逻辑部件
输入设备：用于向计算机系统输入命令和文本、数据等信息的部件
输出设备：用于将计算机系统中的信息输出到计算机外部进行显示、交换等部件
外存设备：除计算机内存及CPU缓存外的存储器
IO系统分为IO软件和IO硬件
软件：采用IO指令和通道指令实现CPU和IO设备的信息交换
硬件：通过设备控制器来控制IO设备的具体动作，通过总线相连
显示存储器VRAM
容量 = 分辨率 × 灰度级位数
带宽 = 分辨率 × 灰度级位数 ×帧数
中断和IO方式
其他方式在计组专题中有。这里着重讲解程序中断方式和异常中断的相关总结。
异常和中断处理系统
①CPU的数据通路中有相应的异常检测和响应逻辑
②外设接口中有相应的终端请求和控制逻辑
③操作系统重有相应的中断服务程序
这些中断硬件电路和中断服务程序有机结合，共同完成异常和中断的处理过程
异常性质：内部意外叫异常（内中断），CPU外部设备向CPU发出的中断请求叫中断（外中断）
内中断：CPU检测到的，与正在执行指令相关的同步事件
外中断：外部设备触发的，与当前执行指令无关的异步时间
异常：执行第i条指令中检测到
中断：执行第i条指令后检测到
1、异常分为：故障（指令执行中检测）、自陷（执行完自陷指令后才处理，非转移自陷指令跳到下一条指令，转移自陷指令返回转移目标指令进行，断点设置和单步追踪就是陷阱实现）和终止（无法继续执行的硬件故障）
2、中断：外部IO设备通过特定的终端请求信号线向CPU提出中断请求，CPU每执行完一条指令就检查中断请求信号线，如果检测到中断请求就进入响应周期。分为：可屏蔽中断（INTR发出），不可屏蔽中断（NMI发出）
此外，硬件故障=终止+外部中断，所有异常和中断都是硬件检测发现的。
根据识别中断服务程序地址方式：向量中断（硬件），软件中断（软件）
异常和中断响应
①关中断：保存断点和程序状态期间不可打断。
②保存断点和程序状态
③识别异常和中断并转到相应的处理程序：
软件识别（CPU设置一个异常状态寄存器，记录异常原因。OS使用一个统一的异常查询程序，按优先级查询，先查询到的先处理）
硬件识别（异常或中断处理程序的首地址叫做中断向量，所有中断向量都存放在中断向量表中，每个异常或中断都指定一个中断类型号）
整个响应过程不准被打断。响应过程后，CPU就从PC中取出服务程序开始执行，直至中断返回，这部分任务是由CPU通过执行中断服务程序完成的，整个中断处理过程就是软硬件协同实现的。
- 响应优先级：当多个中断请求几乎同时到达CPU时，响应优先级决定了它们被处理的顺序。哪个中断的响应优先级高，哪个就先得到处理。
- 处理优先级：处理优先级在中断正在进行中时发生作用。如果一个新的中断请求拥有更高的处理优先级，那么当前的中断处理会被打断，转而处理新的中断。
异常和中断处理系统是硬件层的，进程上下文切换是OS层的
程序查询方式
显然程序查询是外部中断的一种
CPU响应外部可屏蔽中断条件：
①中断源有中断请求
②CPU允许中断及开中断
③一条指令执行完毕而且没有更紧迫的任务
CPU响应中断后，经过某些操作，转去执行中断服务程序。这些操作是由硬件直接实现的，我们叫做中断隐指令（本质上是硬件一系列的自动操作）
中断隐指令包括：
①关中断 ②保存断点 ③引出中断服务程序
CPU响应后，将服务程序的第一条地址送入PC中。中断请求和响应信号在控制线上传送，响应后从数据线上获取中断类型号。
中断处理流程：
上述①②③，其次④保存现场和屏蔽字 ⑤开中断 ⑥执行中断服务程序 ⑦关中断 ⑧恢复现场和屏蔽字 ⑨开中断
DMA方式
①预处理：舒适化DMA控制器中的有关寄存器、设置传送方向、测试并启动设备等。然后，CPU继续执行源程序，知道IO设备准备好发送/接受的数据，IO设备向DMA发送DMA请求，再由DMA向CPU发出总线请求（这两个过程叫做DMA请求）
②数据传送：DMA以数据块为基本传送单位。DMA占用总线后的数据IO都是循环实现的，这一循环就是有DMA控制器实现的，即数据传送阶段完全由DMA（硬件）控制。
③后处理：DMA控制器向CPU发送中断请求，CPU执行中断服务程序叫做DMA结束处理，包括校验数据等后处理工作。
中断请求只能在指令结束的时候才响应，DMA可以发生在任意一个机器周期急速时。
DMA请求的优先级高于中断请求
中断方式具有处理异常事件的能力，而DMA方式仅限于大批数据的传送
中断方式靠程序传送，DMA方式靠硬件传送
这篇关于输入输出系统和中断总结的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！
