【文章內容簡介】 容 ——? CPU寄存器組 . ? ? CPU發(fā)控制信號 C ? BS=0,RD=0. 輸入指令 上海金融學院 信息管理系 2022/8/18 33 (3)中斷服務程序 ? 分起始 ,主體和結尾三部分 . 保護斷點 :由中斷隱指令完成 . ? ? 起始部分功能 : 保存通用寄存器和 FL:中斷服務程序 ? ? 主體部分功能 :完成相應的中斷處理操作 ,即中斷服務 (設備服務 ). ? ? 結尾部分功能 :恢復現(xiàn)場 ,最后一條必須是中斷返回指令IRET. ? : ? (1)即中斷嵌套 :在某個中斷過程中又發(fā)生了新的中斷 . ? (2)舉例 :如圖 ,中斷順序 :1?2?3?4 ? ? 主 ②③ ② ? ③ ?④ ? ? 主 ②① 停 ② ?① ?主 ? 結論 :可改變屏蔽位的信息來改變多重中斷 ? 處理次序 . 保護現(xiàn)場 主 程 序 一級 二級 三級 上海金融學院 信息管理系 2022/8/18 34 返回 高 上海金融學院 信息管理系 2022/8/18 35 ? (1)從宏觀上看 : ? 程序中斷方式克服了程序查詢方式中 CPU的“踏步”現(xiàn)象 ,實現(xiàn)了 CPU與 I/O的并行工作 ,提高 CPU的資源利用率 . ? (2)從微觀上看 :CPU在處理中斷服務程序時 ,仍需暫停原程序的正常運行 ,尤其當高速 I/O設備或輔存要成批與主存交換信息時 ,不斷地打斷CPU執(zhí)行主程序而執(zhí)行中斷服務程序 .實際造成主程序與中斷服務程序搶占 CPU的現(xiàn)象 . ? 主程序 繼續(xù)執(zhí)行主程序 啟動外設 繼續(xù)執(zhí)行 主程序 服務程序 (傳數 ) 服務程序 (傳數 ) 傳數 傳數 準備工作 準備工作 準備工作 發(fā)中斷請求 結論 。人們要探索使 CPU發(fā)揮更高效率的 DMA控制方式 . 上海金融學院 信息管理系 2022/8/18 36 DMA(Direct Memory Access)控制 主存 ACC DMA接口 I/O 設備 中斷接口 中斷方式數據傳送 通路 輸入指令 輸出指令 DMA方式數據傳送通路 從上圖可見 ,DMA控制是在內存與設備間開辟一條直接數據傳送通路 ,并 把傳送控制過程交給 DMA控制器管理 ,形成了以存儲器為中心的體系結 構 . DMA控制器可看成是與 CPU共享存儲器的處理器 ,主存與設備交換信 息 ,不必通過 CPU,也不必讓 CPU暫?，F(xiàn)行程序為設備服務 ,省去了保護與 恢復現(xiàn)場 ,因此 ,工作速度比中斷高 .這一特點 ,特別適合于高速 I/O或外存與 主存的信息交換 . * DMA的本質是一種完全由 硬件執(zhí)行 I/O交換的工作方式 . 上海金融學院 信息管理系 2022/8/18 37 ? DMA控制器與 CPU常用以下 三種方式 分別占用內存 . ? (1)CPU暫停訪問內存 : ? 對 CPU來講 ,DMA的優(yōu)先級高于中斷 .CPU暫停訪問內存是用 DMA信號迫使 CPU暫時讓出總線控制權 ,傳送完畢后 , DMA控制器再把總線控制權交還給 CPU. ? ? 優(yōu)點 :控制簡單 ,適合于傳送率很高的設備進行成組傳送 . ? ? 缺點 :DMA訪存時 ,CPU基本處于不工作狀態(tài) (standby),CPU與內存的 ? 效率沒充分發(fā)揮 .因為外設傳送 2個數據間的間隔總是大于內存存儲周期 .如軟盤讀出 1個字節(jié)要 32?S,半導體存儲器也要 1?S,許多空閑的存儲器周期不能被 CPU利用 . ? (2)DMA與 CPU交替訪問內存 : ? 此法適用于 CPU工作周期比內存存取周期長很多的情況 . ? ?思路 :把存儲周期分成 C1,C2二個分周期 ,C1?？?DMA控制器訪內存 ? 實現(xiàn)兩者交替訪內 . C2專控 CPU訪內 . ? ?優(yōu)點 :不需總線使用權的請求 ,交權快 ,高效 . ? ?缺點 :硬件邏輯復雜 . 上海金融學院 信息管理系 2022/8/18 38 返回 CPU 上海金融學院 信息管理系 2022/8/18 39 返回 上海金融學院 信息管理系 2022/8/18 40 返回 上海金融學院 信息管理系 2022/8/18 41 預處理： 內存起始地址 DMA 設備地址 DMA 傳送數據個數 DMA 啟動設備 數據傳送： 繼續(xù)執(zhí)行主程序 同時完成一批數據傳送 后處理： 中斷服務程序 做 DMA結束處理 繼續(xù)執(zhí)行主程序 CPU 允許傳送？ 主存地址送總線； 數據送 I / O設備 (或主存 )； 主存地址 +1。 BC內容 (傳送個數 )減 1 數據塊 傳送結束？ 向 CPU申請程序中斷 DMA請求 Y N N Y (a) DMA傳送 (b) 數據傳送階段的細化 圖 DMA傳送過程 返回 上海金融學院 信息管理系 2022/8/18 42 ? (3)直接訪問和周期挪用 (cycle stealing) ? ?思路 : ? 當外設無 DMA請求 :CPU按程序要求訪內存 . ? 當外設無 DMA請求 :外設挪用 1個或幾個內存周期 ,進行數傳 . ? ?直接訪問方式 :CPU不訪內存 ,外設可挪用 1~2個內存周期 ,是標準的DMA方式 . ? ?周期挪用方式 :當 CPU與外設同時要訪內存時 ,通常讓外設優(yōu)先訪內 ,外設挪用 1~2個內存周期 .意味著 ,CPU推遲對指令的執(zhí)行 . ? ?優(yōu)點 :與第一種方法相比 ,此法既實現(xiàn)了 I/O傳送 ,又較好地發(fā)揮了內存與 CPU的效率 ,被廣泛使用 .適用于外設讀寫周期大于內存存儲周期的情況 . ? ?缺點 :外設每挪用 1個主存周期 ,都要經歷申請總線控制權 ?建立總線控制權 ?歸還控制權的過程 . 前 2種方法 的析中 上海金融學院 信息管理系 2022/8/18 43 ? 又稱 DMA接口 .實際上 ,是采用 DMA方式的外設與系統(tǒng)總線間的接口電路 .此接口電路是在中斷接口的基礎上再加上 DMA機構組成 . ? (1)DMA控制字 :與機器指令類似 .有一定的格式 . ? (2)組成 : ?內存地址計數器 BA:存放待讀寫數據的首址 .每傳一字 ,減 1. ? ? 字計數器 BC:對傳送的字節(jié)數計數 . ? ? 狀態(tài) (控制 )寄存器 :是核心部分 . ? (3)操作 : ? 接收外設的 DMA請求 ?向 CPU發(fā) DMA請求 ?獲總線控制權 ?取得傳送參數后傳送數據 ?指出 DMA傳送結束 ,交權 上海金融學院 信息管理系 2022/8/18 44 ? 三階段 :DMA預處理 ?數傳 ?DMA后處理 ? (1)DMA預處理 :CPU執(zhí)行幾條 I/O指令 ? 設備號 ?DAR ?啟動設備 ?送始址 ?BA ?CPU繼續(xù)執(zhí)行程序 ? ?個數 ?BC ? ? (2)數據輸入 /出操作 :以字 /數據塊為單位 . ? ?輸入 (從外設 ?內存 ): ? 數讀入 BD(數據緩存 ) ? BA ?內存 AR ?BA+1 ?BC1 ? ? ?輸出 (內存 ?外設 ):操作同上 ,只是啟動讀操作 . ? (3)DMA后處理 : ? CPU響應“ DMA結束”中斷 ?暫停原程序 ?執(zhí)行中斷服務程序?DMA結束處理工作 注 :DAR:設備地址寄存器 BA:內存地址計數器 . BC:字計數器 . 內存的 MDR =0,結束 上海金融學院 信息管理系 2022/8/18 45 ? 與中斷方式相比 ,DMA方式具有 : ? (1)程序中斷 :靠程序切換 ,CPU停止現(xiàn)行程序 ,轉去執(zhí)行中斷服務程序 . ? DMA:靠硬件切換 ,CPU不直接干預數據交換 ,只在頭 ,尾管一下 . ? (2)從 CPU響應時間看 : ? 程序中斷 :只能在一條指令執(zhí)行結束時響應 . ? DMA:可在指令周期內的任一存取周期結束時響應 . ? (3)程序中斷 :具有異常事件處理能力 . ? DMA:無此能力 ,用于批量數據傳送的場合 . ? (4)程序中斷 :要中斷現(xiàn)行程序 ,需保護現(xiàn)場 ? DMA:不必上述過程 . ? (5)DMA的優(yōu)先級比程序中斷高 . 取指令 取源操作數 取目的操作數 執(zhí)行 CPU工作 DMA允許響應時刻 中斷允許 響應時刻 指令周期 上海金融學院 信息管理系 2022/8/18 46 通道 (channel)控制 ? 通道 是一個 特殊功能的處理器 ,它有自己的指令和程序專門負責數據輸入 /出的傳送控制 .CPU只負責“數據處理” .這樣通道與 CPU分時使用內存 ,實現(xiàn)了 CPU內部運算與 I/O設備并行工作 . ? 通道一般用于連接眾多外設的大 ,中型計算機系統(tǒng)中 . ? : ? (1)通道指令和通道程序 : ? 通道獨立于 CPU,它要指出讀 、 寫操作 ,始址和傳送數據個數等 .由二個或數個通道控制字 (CCW)組成 . ? 用通道指令編制程序 ?執(zhí)行 ?完成傳送全過程 . ? (2)輸入 /出指令 :有啟動 ,查詢和停止三類 . ? (3)輸入 /出中斷 :通道和輸入 /出設備采用“中斷”方式及時向 CPU報告工作情況 ,稱輸入 /出中斷或外設中斷 . ? 輸入 /出中斷可分成 :“正常結束中斷” ,“進程中斷” ,“故障中斷”和“干預中斷” . ? :共 7條 ,詳見 P129. 上海金融學院 信息管理系 2022/8/18 47 ? 通道是一個完整的處理機 ,與 CPU的區(qū)別在于它是一個 專用處理機 .一般有 : ? (1)通道指令寄存器 Jz:存放正在執(zhí)行的通道命令 . ? (2)代碼緩沖寄存器 Jn:是外設與內存交換數據時的暫存處 . ? (3)節(jié)拍發(fā)生器 :產生通道工作的節(jié)拍 ,使通道工作有序 . ? (4)操作控制器 :按通道節(jié)拍產生通道微操作 . ? (5)傳輸控制電路 :控制并傳送外設與通道間的代碼及信號 . ? (6)排隊器 :根據預先確定的優(yōu)先次序 ,對各子通道提出的請求進行排隊 . ? (7)地址形成電路 :相當于 CPU中的程序計數器 PC. 上海金融學院 信息管理系 2022/8/18 48 存儲器管理部件 CPU 內存 選擇通道 磁盤 控制器 磁盤 控制器 磁盤 磁盤 磁盤 磁盤 … I / O總線 字節(jié)多 路通道 設備 控制器 設備 控制器 設備 設備 設備 … I / O總線 數組多 路通道 設備 控制器 設備 控制器 設備 設備 設備 … I / O總線 圖 IBM 4300 系統(tǒng) I / O結構 返回 上海金融學院 信息管理系 2022/8/18 49 返回 上海金融學院 信息管理系 2022/8/18 50 ? 一般經 啟動 ,傳送和結束三階段 . ? (1)CPU執(zhí)行輸入 /出指令 :由專門的外設管理程序負責準備本次傳送的信息 ,組織好通道程序 ,送首址到約定單元或專用寄存器 ,執(zhí)行輸入 /出指令 ,向通道發(fā) “ 啟動