【正文】 上海金融學(xué)院 信息管理系 2022/8/18 80 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 ? 何為設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 ? 外設(shè)的使用都要涉及 DMA 或中斷過(guò)程 ,并要借助一些特定的寄存器進(jìn)行機(jī)器指令級(jí)的操作 .但用戶都是通過(guò)一些應(yīng)用程序 ,使用簡(jiǎn)單的命令來(lái)使用外設(shè)的 ,不可能進(jìn)行這樣一些低級(jí)的操作 .此外 ,隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的深入和廣泛展開(kāi) ,計(jì)算機(jī)所使用的外設(shè)品種越來(lái)越多 .即使同一用途的設(shè)備 ,因生產(chǎn)廠家不用 ,型號(hào)不同 ,其操作方法也會(huì)不同 ,而操作系統(tǒng)只是設(shè)置了一些通用性的 I/O操作和管理模塊 ,與設(shè)備的具體操作關(guān)系密切的程序 .往往是設(shè)備制造廠家在研制設(shè)備的同時(shí)開(kāi)發(fā)的 .這種程序就稱為設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 . ? ? 基本任務(wù)是啟動(dòng)指定設(shè)備，并且在啟動(dòng)設(shè)備之前完成一系列準(zhǔn)備工作 . 上海金融學(xué)院 信息管理系 2022/8/18 81 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的工作過(guò)程 ? 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的工作過(guò)程如下所述 : ? (1)將應(yīng)用程序中的抽象要求轉(zhuǎn)換為具體要求 ? 設(shè)備是由設(shè)備控制器控制的 .但用戶與上層軟件的應(yīng)用程序并不了解設(shè)備控制器的細(xì)節(jié) ,只能給它提出抽象要求 ——命令 .而設(shè)備控制器又不能理解這些抽象要求 .驅(qū)動(dòng)程序就肩負(fù)了中間轉(zhuǎn)換作用 ,要將抽象要求轉(zhuǎn)換為具體要求 ,確定將命令 ,數(shù)據(jù)和參數(shù)分別送到設(shè)備控制器的哪個(gè)寄存器 。 ? (3)當(dāng) CPU要輸出數(shù)據(jù)時(shí) ， 先從空閑隊(duì)列中 (隊(duì)首 )申請(qǐng)一個(gè)緩沖區(qū) ——稱為收容輸出緩沖區(qū) ,將輸出數(shù)據(jù)寫入收容輸出緩沖區(qū)中 。 ? 設(shè)備號(hào) 數(shù)據(jù)塊號(hào) 緩沖器號(hào) 互斥標(biāo)識(shí)位 隊(duì)列連接指針 上海金融學(xué)院 信息管理系 2022/8/18 79 緩沖池工作算法 ? (1)當(dāng)設(shè)備有輸入數(shù)據(jù)時(shí) ， 先從空閑隊(duì)列中 （ 隊(duì)首 ） 申請(qǐng)一個(gè)緩沖區(qū) ——稱為收容輸入緩沖區(qū) ,將輸入數(shù)據(jù)寫入收容輸入緩沖區(qū)中 。緩沖首部用來(lái)標(biāo)識(shí)所在緩沖區(qū)以便對(duì)其進(jìn)行管理，它由下圖幾部分組成。 ? (4)緩沖池 :把多個(gè)緩沖區(qū)連接起來(lái)統(tǒng)一管理 ,既可用于輸入 ,又可用于輸出。 上海金融學(xué)院 信息管理系 2022/8/18 77 ? 緩沖區(qū)可用硬件實(shí)現(xiàn) ,也可用軟件實(shí)現(xiàn) .硬緩沖區(qū)通常設(shè)在設(shè)備中 ,軟緩沖區(qū)由軟件設(shè)置在內(nèi)存中 。 ? 基本方法 是在 CPU與外設(shè)之間設(shè)置一個(gè)緩沖區(qū) ,當(dāng) CPU要向外設(shè)輸出數(shù)據(jù)時(shí) ,先把數(shù)據(jù)送到緩沖區(qū)中 ,讓外設(shè)慢慢地去 “ 消化 ” ,CPU可以繼續(xù)進(jìn)行別的工作；當(dāng)外設(shè)要向CPU輸入數(shù)據(jù)時(shí) ,先慢慢地把數(shù)據(jù)送到緩沖區(qū)中 ,CPU需要時(shí)可以像使用內(nèi)存中的數(shù)據(jù)那樣使用緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)。 ? (1)COM1:采用 9針 DB9連接器 ? (2)COM2:有的使用的是 DB25針連接器 。 ? (3)可靠性檢驗(yàn) ? 發(fā)送時(shí)接口電路自動(dòng)生成奇偶校驗(yàn)位等校驗(yàn)碼 。數(shù)據(jù)塊連同附加的同步字符和校驗(yàn)碼信息稱為一幀。 上海金融學(xué)院 信息管理系 2022/8/18 69 ? (1)異步通信 (又稱起止式通信 ) ? 是把每個(gè)字符作為獨(dú)立的整體進(jìn)行傳輸 .為實(shí)現(xiàn)通信雙方的同步 ,每位字符傳送組織的方式如 圖 ：編碼首位前加 1位起始位 ,表示一個(gè)字符傳送的開(kāi)始 ,編碼的末位后加 1位或多位停止位 ,表示一個(gè)字符傳送完畢。 ? (2)EIDE接口 ? EIDE接口是對(duì) IDE的改進(jìn) ,它可連接 4個(gè)外設(shè)，而且外設(shè)不僅可以是磁盤 ,還可以是 CDROM和其他磁盤備份設(shè)備 .對(duì)于硬盤的容量 ,可以控制的范圍提高到了 8G,其數(shù)據(jù)傳輸率要比 IDE高。 ? (2)EPP口 (增強(qiáng)并行口 ):8位雙向傳送 ,可以用于連接掃描儀 、 CDROM驅(qū)動(dòng)器等非打印設(shè)備 。初始化程序?yàn)椋? ? MOV DX， 63H ； 8255A控制口地址 ? MOV AL， B1H ；置工作方式控制字 ? OUT DX, AL ；送控制字到控制口 ? 控制字分為兩類 上海金融學(xué)院 信息管理系 2022/8/18 64 3)8255A控制字 ? (2)端口 C置 1/置 0控制字 ? 此控制字可以使端口 C中的任一位置 0/置 1,設(shè)置相應(yīng)的控制位 .其格式及每位的定義如 圖 。 ? 上海金融學(xué)院 信息管理系 2022/8/18 63 3)8255A控制字 ? 8255A通過(guò)指令往端口設(shè)置控制字決定工作方式 。各端口可以有 16 種不同的組合 ,適用于多種使用。 ? 端口 A、 B—— 作為獨(dú)立的輸入端口或輸出端口； ? 端口 C—— 分為上下兩部分，形成兩個(gè) 4位端口，分別作為端口 A和端口 B的輸出控制信號(hào)和輸入狀態(tài)信號(hào)。這種接口在微型計(jì)算機(jī)中稱為 PIO。 其特點(diǎn)是帶有應(yīng)答信號(hào) 。 ? (2) 條件傳送接口 ? 在實(shí)際應(yīng)用中，大多外設(shè)與 CPU之間交換的是一系列連續(xù)的數(shù)據(jù)，只有前一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送或接收完成以后才能傳送下一個(gè)數(shù)據(jù)。 硬線連接接口的工作方式及功能不能用編程的方法加以改變 ， 只能用硬線連接設(shè)定；可編程接口的工作方式及功能可以用程序加以改變 。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(xué)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(shè)備 中斷接口 中斷方式數(shù)據(jù)傳送 通路 輸入指令 輸出指令 DMA方式數(shù)據(jù)傳送通路 從上圖可見(jiàn) ,DMA控制是在內(nèi)存與設(shè)備間開(kāi)辟一條直接數(shù)據(jù)傳送通路 ,并 把傳送控制過(guò)程交給 DMA控制器管理 ,形成了以存儲(chǔ)器為中心的體系結(jié) 構(gòu) . DMA控制器可看成是與 CPU共享存儲(chǔ)器的處理器 ,主存與設(shè)備交換信 息 ,不必通過(guò) CPU,也不必讓 CPU暫?，F(xiàn)行程序?yàn)樵O(shè)備服務(wù) ,省去了保護(hù)與 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) ,因此 ,工作速度比中斷高 .這一特點(diǎn) ,特別適合于高速 I/O或外存與 主存的信息交換 . * DMA的本質(zhì)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(xué)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(nèi)存 . ? (1)CPU暫停訪問(wèn)內(nèi)存 : ? 對(duì) CPU來(lái)講 ,DMA的優(yōu)先級(jí)高于中斷 .CPU暫停訪問(wèn)內(nèi)存是用 DMA信號(hào)迫使 CPU暫時(shí)讓出總線控制權(quán) ,傳送完畢后 , DMA控制器再把總線控制權(quán)交還給 CPU. ? ? 優(yōu)點(diǎn) :控制簡(jiǎn)單 ,適合于傳送率很高的設(shè)備進(jìn)行成組傳送 . ? ? 缺點(diǎn) :DMA訪存時(shí) ,CPU基本處于不工作狀態(tài) (standby),CPU與內(nèi)存的 ? 效率沒(méi)充分發(fā)揮 .因?yàn)橥庠O(shè)傳送 2個(gè)數(shù)據(jù)間的間隔總是大于內(nèi)存存儲(chǔ)周期 .如軟盤讀出 1個(gè)字節(jié)要 32?S,半導(dǎo)體存儲(chǔ)器也要 1?S,許多空閑的存儲(chǔ)器周期不能被 CPU利用 . ? (2)DMA與 CPU交替訪問(wèn)內(nèi)存 : ? 此法適用于 CPU工作周期比內(nèi)存存取周期長(zhǎng)很多的情況 . ? ?思路 :把存儲(chǔ)周期分成 C1,C2二個(gè)分周期 ,C1專控 DMA控制器訪內(nèi)存 ? 實(shí)現(xiàn)兩者交替訪內(nèi) . C2?？?CPU訪內(nèi) . ? ?優(yōu)點(diǎn) :不需總線使用權(quán)的請(qǐng)求 ,交權(quán)快 ,高效 . ? ?缺點(diǎn) :硬件邏輯復(fù)雜 . 上海金融學(xué)院 信息管理系 2022/8/18 38 返回 CPU 上海金融學(xué)院 信息管理系 2022/8/18 39 返回 上海金融學(xué)院 信息管理系 2022/8/18 40 返回 上海金融學(xué)院 信息管理系 2022/8/18 41 預(yù)處理： 內(nèi)存起始地址 DMA 設(shè)備地址 DMA 傳送數(shù)據(jù)個(gè)數(shù) DMA 啟動(dòng)設(shè)備 數(shù)據(jù)傳送： 繼續(xù)執(zhí)行主程序 同時(shí)完成一批數(shù)據(jù)傳送 后處理： 中斷服務(wù)程序 做 DMA結(jié)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(shù)據(jù)送 I / O設(shè)備 (或主存 )； 主存地址 +1。 1 INTR3 amp。 1 INTR1 amp。 INTR’2 1 amp。 ? 非觸點(diǎn)式 —借助霍爾效應(yīng)開(kāi)關(guān)和電容開(kāi)關(guān)產(chǎn)生輸入 ? 信號(hào)。 計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu) Computer Organization and Architecture (第三章 ) 顧 浩 趙寶華 上海金融學(xué)院 信息管理系 2022/8/18 2 目錄 ? 外部設(shè)備 ? 輸入 /輸出中的數(shù)據(jù)傳送控制 ? 接口 ? I/O設(shè)備管理 上海金融學(xué)院 信息管理系 2022/8/18 3 第 3章 輸入 /輸出及其控制 ? I/O系統(tǒng) :是計(jì)算機(jī)主機(jī)與外界交換信息時(shí)硬軟件設(shè)備的總稱 . ? 三大組成 : ? :圍繞主機(jī)而配置的各種信息媒體轉(zhuǎn)換和傳遞的設(shè)備 . ? :即設(shè)備適配器 ,是用以控制主機(jī)與外設(shè)間的信息格式轉(zhuǎn)換、交換過(guò)程及外設(shè)運(yùn)行狀態(tài)的硬、軟件。 ? 全編碼鍵盤 —通過(guò)識(shí)別鍵的按下及其位置 ,由全編碼電路產(chǎn)生唯一對(duì)應(yīng)的編碼信息 . ? 非編碼鍵盤 —利用簡(jiǎn)單的硬件和一套專用鍵盤編碼程序識(shí)別鍵的位置 ,CPU將位置碼通過(guò)查表程序轉(zhuǎn)換成編碼信息 . ? 對(duì)鍵盤行 /列掃描 確定位置 得到位置碼 內(nèi)碼 ? 用硬 /軟件消除鍵盤的抖動(dòng) . ? :作用是將字符的字形數(shù)字化 .字形數(shù)字化的基本方法是將字形分割成點(diǎn)陣圖象 . 查表 上海金融學(xué)院 信息管理系 2022/8/18 9 ? 是一種硬拷貝設(shè)備 ,作用是將輸出信息打印在紙上 .產(chǎn)生永久性記錄 . ? (1)按印字原理分類 :擊打 :活字式和點(diǎn)陣式。 INTR’1 amp。 amp。 amp。 BC內(nèi)容 (傳送個(gè)數(shù) )減 1 數(shù)據(jù)塊 傳送結(jié)束？ 向 CPU申請(qǐng)程序中斷 DMA請(qǐng)求 Y N N Y (a) DMA傳送 (b) 數(shù)據(jù)傳送階段的細(xì)化 圖 DMA傳送過(guò)程 返回 上海金融學(xué)院 信息管理系 2022/8/18 42 ? (3)直接訪問(wèn)和周期挪用 (cycle stealing) ? ?思路 : ? 當(dāng)外設(shè)無(wú) DMA請(qǐng)求 :CPU按程序要求訪內(nèi)存 . ? 當(dāng)外設(shè)無(wú) DMA請(qǐng)求 :外設(shè)挪用 1個(gè)或幾個(gè)內(nèi)存周期 ,進(jìn)行數(shù)傳 . ? ?直接訪問(wèn)方式 :CPU不訪內(nèi)存 ,外設(shè)可挪用 1~2個(gè)內(nèi)存周期 ,是標(biāo)準(zhǔn)的DMA方式 . ? ?周期挪用方式 :當(dāng) CPU與外設(shè)同時(shí)要訪內(nèi)存時(shí) ,通常讓外設(shè)優(yōu)先訪內(nèi) ,外設(shè)挪用 1~2個(gè)內(nèi)存周期 .意味著 ,CPU推遲對(duì)指令的執(zhí)行 . ? ?優(yōu)點(diǎn) :與第一種方法相比 ,此法既實(shí)現(xiàn)了 I/O傳送 ,又較好地發(fā)揮了內(nèi)存與 CPU的效率 ,被廣泛使用 .適用于外設(shè)讀寫周期大于內(nèi)存存儲(chǔ)周期的情況 . ? ?缺點(diǎn) :外設(shè)每挪用 1個(gè)主存周期 ,都要經(jīng)歷申請(qǐng)總線控制權(quán) ?建立總線控制權(quán) ?歸還控制權(quán)的過(guò)程 . 前 2種方法 的析中 上海金融學(xué)院 信息管理系 2022/8/18 43 ? 又稱 DMA接口 .實(shí)際上 ,是采用 DMA方式的外設(shè)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(chǔ)上再加上 DMA機(jī)構(gòu)組成 .