輸入輸出設(shè)備及其控制培訓(xùn)課件(已修改)
2025-03-07 06:55 本頁面
【正文】 第 3章 輸入輸出系統(tǒng) 計算機組成原理教程（第 5版） I/O過程的 DMA控制 ?直接存儲器存取 (direct memory acces，DMA)控制是在內(nèi)存與設(shè)備之間開辟一條直接數(shù)據(jù)傳送通路。 CPU與 DMA各自能獨立地工作： CPU執(zhí)行程序， DMA控制輸入輸出過程。這是一種以存儲器為中心的體系結(jié)構(gòu)。 DMA的基本概念 存 儲 器 CPU DMA控制器 中斷接口 I/O設(shè)備 DMA接口 I/O設(shè)備 系統(tǒng)總線 2 3章 輸入輸出系統(tǒng) ?一般說來，在 DMA傳送需要 3個階段： ?（ 1） CPU執(zhí)行幾條指令，對 DMA控制器進(jìn)行初始化，測試設(shè)備狀態(tài)，向 DMA控制器輸入設(shè)備號、起始地址、數(shù)據(jù)塊長度等。 ?（ 2）由 DMA控制器控制 I/O設(shè)備與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳送。 ?（ 3） CPU執(zhí)行中斷服務(wù)程序?qū)σ淮蝹鬏斶M(jìn)行善后處理，如進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗、決定傳輸是否繼續(xù)等。 3 3章 輸入輸出系統(tǒng) ? 1. CPU暫停訪問內(nèi)存 DMA與 CPU共享存儲器的方式 4 3章 輸入輸出系統(tǒng) ?2. DMA與 CPU交替訪問內(nèi)存 5 3章 輸入輸出系統(tǒng) ?3. 直接訪問和周期挪用 6 3章 輸入輸出系統(tǒng) DMA控制器 與控制器通過執(zhí)行機器指令字實現(xiàn)運算一樣， DMA的工作是通過執(zhí)行控制字實現(xiàn)的。 控制字存放在內(nèi)存的指定區(qū)域中，當(dāng)某設(shè)備需要與內(nèi)存交換一次數(shù)據(jù)時，就取出對應(yīng)的控制字到 DMA中的控制字寄存器中，由 DMA控制器進(jìn)行分析和執(zhí)行，控制字的一般格式 CZ N D CZ表示操作的類型； N表示交換代碼的字長數(shù)； D表示正在交換代碼的內(nèi)存地址。 7 3章 輸入輸出系統(tǒng) 2. DMA控制器組成 (1)內(nèi)存地址計數(shù)器：用于存放內(nèi)存中要交換的數(shù)據(jù)的地址。在 DMA傳送前，須通過程序?qū)?shù)據(jù)在內(nèi)存中的起始位置 (首地址 )送到內(nèi)存地址計數(shù)器。而當(dāng) DMA傳送時，每交換一次數(shù)據(jù)，將地址計數(shù)器加“ 1 8 3章 輸入輸出系統(tǒng) (2)字計數(shù)器 ：用于記錄傳送數(shù)據(jù)塊的長度 (多少字?jǐn)?shù) )。其內(nèi)容也是在數(shù)據(jù)傳送之前由程序預(yù)置，交換的字?jǐn)?shù)通常以補碼形式表示。在 DMA傳送時，每傳送一個字，字計數(shù)器就加“ 1” ，當(dāng)計數(shù)器溢出即最高位產(chǎn)生進(jìn)位時，表示這批數(shù)據(jù)傳送完畢，于是引起 DMA控制器向 CPU 9 3章 輸入輸出系統(tǒng) (3)數(shù)據(jù)緩沖寄存器 ：用于暫存每次傳送的數(shù)據(jù) (一個字 )。當(dāng)輸入時，由設(shè)備 (如磁盤 )送往數(shù)據(jù)緩沖寄存器，再由緩沖寄存器通過數(shù)據(jù)總線送到內(nèi)存。反之，輸出時，由內(nèi)存通過數(shù) 10 3章 輸入輸出系統(tǒng) (4)“ DMA請求”標(biāo)志 ：每當(dāng)設(shè)備準(zhǔn)備好一個數(shù)據(jù)字后給出一個控制信號，使“ DMA請求” 標(biāo)志置“ 1”。該標(biāo)志置位后向“控制 /狀態(tài)”邏輯發(fā)出 DMA請求，后者又向 CPU發(fā)出總線使用權(quán)的請求 (HOLD)， CPU響應(yīng)此請求后發(fā)回響應(yīng)信號 HLDA，“控制 /狀態(tài)”邏輯接收此信號后發(fā)出 DMA響應(yīng)信號，使“ DMA 11 3章 輸入輸出系統(tǒng) (5)“控制 /狀態(tài)”邏輯 ：由控制和時序電路以及狀態(tài)標(biāo)志等組成，用于修改內(nèi)存地址計數(shù)器和字計數(shù)器，指定傳送類型 (輸入或輸出 )，并對“ DMA請求”信號和 CPU響應(yīng)信號進(jìn)行 12 3章 輸入輸出系統(tǒng) (6)中斷機構(gòu)：當(dāng)字計數(shù)器溢出時 (全 0)，意味著一組數(shù)據(jù)交換完畢，由溢出信號觸發(fā)中斷機構(gòu)，向 CPU提出中斷報告。這里的中斷與上一節(jié)介紹的 I/O中斷所采用的技術(shù)相同，但中斷的目的不同，前面是為了數(shù)據(jù)的輸入或輸出，而這里是為了報告一組數(shù)據(jù)傳送結(jié)束。因此它們是 I/O 13 3章 輸入輸出系統(tǒng) 第一階段：是進(jìn)行初始化，即 CPU通過程序 I／ O的方式給 DMA控制器預(yù)置初值，取狀態(tài)和送傳送需要的有關(guān)參數(shù)。 第二階段：由 DMA控制器控制外設(shè)與主存之間的數(shù)據(jù)交換。 第三階段：即 CPU中斷原程序后進(jìn)行后處理。若需要繼續(xù)交換數(shù)據(jù)，則又要對 DMA進(jìn)行初始化；若不需要交換數(shù)據(jù)，則停止外設(shè)；若為出錯，則轉(zhuǎn)錯誤診斷及處理程序。 DMA傳送過程 14 3章 輸入輸出系統(tǒng) 第 3章 輸入輸出系統(tǒng) 計算機組成原理教程（第 5版） I/O過程的通道控制 16 通道方式 通道的提出 DMA直接依靠 硬件 進(jìn)行管理，只能實現(xiàn)簡單的數(shù)據(jù)傳送。隨著系統(tǒng)配置的 I/O設(shè)備的不斷增加，輸入輸出操作日益繁忙，為此要求 CPU不斷地對各個DMA進(jìn)行預(yù)置。這樣， CPU用于管理輸入輸出的開銷亦日益增加。為了減輕 CPU負(fù)擔(dān)， I/O控制部件又把諸如選設(shè)備、切換、啟動、終止以及數(shù)碼校驗等功能也接過來，進(jìn)而形成 I/O通道，實現(xiàn)輸入輸出操 通道控制及其特點 16 3章 輸入輸出系統(tǒng) 17 通道方式 通道的基本概念 通道”是計算機系統(tǒng)中代替 CPU管理控制外設(shè)的獨立部件，是一種能執(zhí)行有限 I／ O指令集合 —— 通道命令的 I／ O處理機。 通道有自己的 指令和程序 專門負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的輸入輸出的傳輸控制， CPU下放“傳輸控制”的功能后只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理。因此通道是一個 特殊功能的處理器 。 在 CPU啟動通道后，通道自動地去內(nèi)存取出通道指令并執(zhí)行指令。直到數(shù)據(jù)交換過程結(jié)束向 CPU發(fā)出中斷請求，進(jìn)行通道結(jié)束處理工作。 17 3章 輸入輸出系統(tǒng) 18 3章 輸入
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