Galleria mappe mentale Capitolo 7 Sistema di input e output
Questa è una mappa mentale sul Capitolo 7 Sistema Input-Output Il compito principale del sistema input-output è ricevere informazioni di input esterne e convertire le informazioni in una forma che può essere elaborata internamente dal computer.
Modificato alle 2024-01-16 15:51:57Questa è una mappa mentale su una breve storia del tempo. "Una breve storia del tempo" è un'opera scientifica popolare con un'influenza di vasta portata. Non solo introduce i concetti di base della cosmologia e della relatività, ma discute anche dei buchi neri e dell'espansione dell'universo. questioni scientifiche all’avanguardia come l’inflazione e la teoria delle stringhe.
Dopo aver letto "Il coraggio di essere antipatico", "Il coraggio di essere antipatico" è un libro filosofico che vale la pena leggere. Può aiutare le persone a comprendere meglio se stesse, a comprendere gli altri e a trovare modi per ottenere la vera felicità.
"Il coraggio di essere antipatico" non solo analizza le cause profonde di vari problemi nella vita, ma fornisce anche contromisure corrispondenti per aiutare i lettori a comprendere meglio se stessi e le relazioni interpersonali e come applicare la teoria psicologica di Adler nella vita quotidiana.
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Capitolo 7 Sistema di input/output
sistema di ingresso/uscita
Concetti base del sistema I/O
Modalità di controllo I/O
Utilizzato principalmente per dispositivi esterni con bassa velocità di trasferimento dati
Metodo di interrogazione del programma
Modalità di interruzione del programma
Utilizzato principalmente per dispositivi con velocità di trasferimento dati elevate
Modalità DMA
modalità canale
dispositivo esterno
dispositivo di input
Dispositivo di uscita
Memoria esterna (memoria ausiliaria)
Interfaccia I/O
Funzioni dell'interfaccia I/O
Eseguire la decodifica dell'indirizzo e la selezione del dispositivo
Realizzare il controllo della comunicazione tra host e periferiche
Implementare il buffering dei dati (l'interfaccia deve impostare un registro del buffer dei dati per l'archiviazione temporanea dei dati per evitare perdite di dati dovute a velocità incoerenti).
Conversione del formato del segnale
Trasmette comandi di controllo e informazioni sullo stato
Struttura di base dell'interfaccia I/O
Registro buffer dati (DBR): utilizzato per bufferizzare i dati per far corrispondere la differenza di velocità tra la CPU e i dispositivi esterni.
Registro di stato del dispositivo (DSR): utilizzato per fornire feedback sullo stato del dispositivo, informazioni sullo stato comune come dispositivo occupato, dispositivo pronto, errore del dispositivo, ecc. Nella modalità di interrogazione del programma, la CPU determina lo stato del dispositivo leggendo il registro di stato.
Registro di comando del dispositivo (DCR): utilizzato per ricevere comandi di controllo del dispositivo inviati dalla CPU, come ripristino del dispositivo, identificazione del dispositivo, controllo di lettura e scrittura, ecc. Dispositivi diversi possono supportare comandi diversi. I dispositivi semplici non hanno nemmeno registri di comando, come i semplici dispositivi di input da tastiera e di output del terminale di caratteri. A volte i registri di stato e di comando sono combinati in uno solo.
Il registro di stato e il registro di controllo (comando) sono opposti nella direzione di trasferimento.
Attraverso il bus dati, i dati vengono trasferiti tra il registro del buffer dati e il registro della memoria o della CPU. Allo stesso tempo, le informazioni sullo stato dell'interfaccia e del dispositivo vengono registrate nel registro di stato e le informazioni sullo stato vengono inviate alla CPU tramite la linea dati. Anche i comandi di controllo della CPU per le periferiche vengono trasmessi attraverso la linea dati, solitamente al registro di controllo dell'interfaccia I/O.
La riga dell'indirizzo nell'interfaccia viene utilizzata per fornire l'indirizzo del registro nell'interfaccia I/O a cui accedere. Viene inviata al componente logico di controllo dell'interfaccia I/O insieme ai segnali di controllo di lettura e scrittura.
I segnali di lettura e scrittura trasmessi attraverso la linea di controllo confermano se leggere il registro o scrivere il registro. Inoltre, la linea di controllo trasmette anche alcuni segnali di arbitrato e segnali di handshake.
Le operazioni di accesso al registro del buffer dati e al registro di controllo dello stato vengono completate tramite istruzioni corrispondenti, solitamente chiamate istruzioni di I/O.
Tipo di interfaccia I/O
Metodo di controllo per l'accesso ai dispositivi I/O da parte dell'host
Interfaccia di interrogazione del programma
Interfaccia di interruzione
Interfaccia DMA
Porte I/O e loro indirizzamento
Le porte I/O si riferiscono ai registri nel circuito di interfaccia a cui può accedere direttamente la CPU.
porta dati
porta di stato
porta di controllo
Indirizzamento
Indirizzamento unificato
Non è necessario impostare istruzioni I/O dedicate. È possibile accedere ai dispositivi esterni utilizzando le istruzioni Carica/Memorizza. Il dispositivo specifico a cui accedere dipende dall'indirizzo.
Indirizzamento indipendente
Per accedere ai dispositivi esterni è necessario utilizzare istruzioni I/O speciali.
Istruzioni diverse generano segnali di controllo del bus diversi per identificare se l'indirizzo sul bus degli indirizzi è una memoria principale o un indirizzo I/O.
Un sistema informatico comprende più dispositivi I/O, tutti collegati al bus tramite l'"interfaccia I/O (interfaccia bus)". La CPU utilizza l'indirizzo del dispositivo per comunicare con l'interfaccia I/O attraverso il bus per accedere i dispositivi I/O. L'interfaccia I/O è l'interfaccia fisica e logica che collega il bus e i dispositivi I/O, inclusi sia i circuiti di connessione fisica che le interfacce logiche per l'interazione del software.
Modalità I/O
Metodo di interrogazione del programma
Il controllo dello scambio di informazioni è completamente implementato dal programma esecutivo della CPU.
Esistono due strategie principali per il sondaggio
occupato in attesa
La CPU non può eseguire altre attività e viene chiamata stato di attesa occupata.
Una volta che il dispositivo è pronto, la CPU può interrogare il senso.
Sondaggi regolari
Avvia un'interruzione pianificata.
Modalità di interruzione del programma
La CPU prevede nel programma di avviare una determinata periferica ad una determinata ora, quindi la CPU continua ad eseguire il programma corrente senza attendere che la periferica sia pronta come nel metodo di interrogazione.
Salva punti di interruzione. Per garantire che il programma originale possa essere restituito correttamente dopo l'esecuzione della routine di servizio di interruzione, il punto di interruzione del programma originale (il contenuto del PC e del PSW che non può essere letto direttamente dall'istruzione) deve essere salvato nello stack o un registro specifico.
Uscire dalla routine di servizio di interruzione. Identificare la fonte dell'interruzione e inviare l'indirizzo di ingresso del programma di servizio corrispondente al PC del contatore del programma.
Salva scene e maschere e imposta nuove maschere. Dopo aver inserito la routine di servizio di interruzione, è necessario prima salvare la scena e la parola della maschera di interruzione. Le informazioni sulla scena si riferiscono al contenuto del registro di lavoro visibile all'utente, che memorizza il valore corrente dell'esecuzione del programma nel punto di interruzione.
Un'interruzione si verifica ogni volta che i dati vengono trasmessi.
Struttura tipica della routine del servizio di interruzione
Distinguere tra risposta all'interruzione e routine di servizio all'interruzione
Flusso di controllo I/O in modalità di interruzione del programma
Procedura di elaborazione dell'interruzione
Modalità DMA
Semplice controller DMA
contatore dell'indirizzo della memoria principale
Contatore della lunghezza del trasferimento
registro del buffer dati
Quando il DMAC è un dispositivo slave, può essere utilizzato per ricevere i dati trasmessi dalla CPU. Quando il DMAC è un dispositivo master, può essere utilizzato per memorizzare temporaneamente i dati trasmessi. Naturalmente, se lo scambio dati tra il dispositivo e la memoria avviene direttamente attraverso il bus dati senza passare da questo registro, le prestazioni saranno migliori.
Attivatore di richiesta DMA
Logica "Controllo/Stato".
Meccanismo di interruzione
Durante il processo di trasferimento DMA, il controller DMA assumerà il controllo del bus indirizzi, bus dati e bus di controllo della CPU e l'uso del segnale di controllo della memoria principale della CPU sarà proibito.
Non è necessario che i dati vengano trasferiti dai registri della CPU.
Processo di trasferimento DMA
Problema di conflitto di memoria (metodo di trasferimento DMA)
Impedisci alla CPU di accedere alla memoria
Occupare continuamente diversi cicli del bus per il trasferimento dei dati.
In questo metodo di trasferimento, quando è necessario trasferire un batch di dati, l'interfaccia DMA invia una richiesta di utilizzo del bus (HRQ) alla CPU. Dopo che la CPU rinuncia ai diritti di controllo del bus (rappresentati da HLDA), l'interfaccia DMA controlla i dati bus per il trasferimento dei dati fino al completamento di tutti i trasferimenti dei dati. Quando il controllo del bus viene rilasciato.
DMAC e CPU accedono alternativamente alla memoria
Questo metodo divide il ciclo di accesso alla memoria (ciclo macchina) in due segmenti, un segmento è dedicato all'accesso DMAC alla memoria e l'altro segmento è dedicato all'accesso della CPU alla memoria.
Dividere un ciclo della CPU in due cicli, C1 e C2, dove C1 è esclusivamente per l'accesso alla memoria DMA e C2 è esclusivamente per l'accesso alla memoria della CPU.
L'interfaccia DMA non ha bisogno di richiedere e rilasciare diritti di utilizzo del bus e l'efficienza di trasmissione è elevata. La CPU non ha bisogno di mettere in pausa l'esecuzione del programma e l'efficienza del lavoro è molto elevata.
appropriazione del ciclo
Solo quando DMAC deve accedere alla memoria, la CPU mette in pausa un ciclo di memorizzazione affinché DMAC possa accedere alla memoria principale. Dopo aver completato il trasferimento di un dato (parola o parola macchina), il controllo del bus viene restituito alla CPU.
Ogni volta che la periferica è pronta, l'interfaccia DMA invia una richiesta di utilizzo del bus alla CPU. Dopo che la CPU rinuncia al controllo del bus, l'interfaccia DMA controlla il bus per trasmettere i dati e rilascia il controllo del bus dopo ogni trasferimento di dati.
La risposta a una richiesta DMA può verificarsi alla fine di qualsiasi ciclo macchina (dopo il recupero delle istruzioni, l'indirizzo indiretto o il ciclo di esecuzione).