程序中断和DMA方式

I/O 控制方式解决 CPU 与外设之间的数据传输问题，从低效到高效依次为：程序查询方式 → 程序中断方式 → DMA 方式 → 通道方式。

程序中断方式

CPU 启动外设后继续执行现行程序，外设准备好后向 CPU 发中断请求，CPU 响应中断后转入中断服务程序完成数据传输。

中断处理过程：

1. 关中断：防止新的中断干扰当前处理
2. 保存断点：将 PC 和 PSW 压栈
3. 中断服务程序识别：通过中断向量表（向量地址 = 中断类型号 $\times$ 向量表项大小 + 向量表基址）找到入口
4. 保存现场和屏蔽字
5. 开中断：允许更高优先级中断（中断嵌套）
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 + 中断返回

中断优先级与判优

• 硬件判优：链式判优器（菊花链）、独立请求方式
• 软件判优：程序查询各设备状态
• 中断屏蔽字：每个中断源一个屏蔽位，可动态改变处理优先级

DMA 方式

DMA 在外设和主存之间建立直接数据通道，数据传输不经过 CPU，由 DMA 控制器（DMAC）控制。

1. CPU 向 DMAC 发送初始化信息（方向、主存地址、数据量）
2. DMAC 接管总线，控制数据在 I/O 设备与主存间直接传送
3. 每传送一个数据，地址计数器 +1，字计数器 -1
4. 传送结束（字计数器溢出），DMAC 向 CPU 发中断请求

DMA 与 CPU 访存冲突的解决

• 停止 CPU 访存：DMA 期间 CPU 不能访存，效率低
• 周期挪用/窃取：DMA 在 CPU 不访存的空闲周期插入访存，冲突时 DMA 优先
• 交替访存：CPU 与 DMA 交替使用总线周期，不冲突但需特殊时序

1. 程序中断方式适用于低速外设（键盘、鼠标），每次中断传送一个数据。
2. DMA 方式适用于高速外设（磁盘），以数据块为单位，CPU 干预少。
3. 中断方式 CPU 开销 = 响应 + 保存/恢复现场 + 服务程序；DMA 仅在初始化和结束时介入。
4. DMA 三种访存方式中，周期挪用对 CPU 影响最小，成组传送 DMA 效率最高。
5. 中断优先级可通过屏蔽字动态调整，是 408 常考的综合分析题。