內(nèi)存地址修改

83DMA方式,內(nèi)存地址修改、傳送字個數(shù)的計(jì)數(shù)等等，也不是由軟件實(shí)現(xiàn)，而是用硬件線路直接實(shí)現(xiàn)的。,DMA是一種完全由硬件執(zhí)行IO交換的工作方式。CPU完全接管對總線的控制，數(shù)據(jù)交換不經(jīng)過CPU，而直接在內(nèi)存和IO設(shè)備之間進(jìn)行。,DMA方式的主要優(yōu)點(diǎn)是速度快,DMA方式一般用于高速傳送成組數(shù)據(jù),8.3.1DMA的基本概念,在數(shù)據(jù)傳送過程中，沒有保存現(xiàn)場、恢復(fù)現(xiàn)場之類的工作。,由于CPU根本不參加傳送操作，因此就省去了CPU取指令、取數(shù)、送數(shù)等操作。,(1)從外圍設(shè)備發(fā)出DMA請求；,(2)CPU響應(yīng)請求，把CPU工作改成DMA操作方式，DMA控制器從CPU接管總線的控制；,(3)由DMA控制器對內(nèi)存尋址，即決定數(shù)據(jù)傳送的內(nèi)存單元地址及數(shù)據(jù)傳送個數(shù)的計(jì)數(shù)，并執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送的操作；,(4)向CPU報(bào)告DMA操作的結(jié)束。,DMA能執(zhí)行以下一些基本操作：,8.3.2DMA傳送方式,DMA控制器與CPU怎樣分時使用內(nèi)存呢？,DMA技術(shù)的出現(xiàn)，使得外圍設(shè)備可以通過DMA控制器直接訪問內(nèi)存，與此同時PU可以繼續(xù)執(zhí)行程序,停止CPU訪內(nèi),周期挪用,DMA與CPU交替訪內(nèi),1停止CPU訪問內(nèi)存,當(dāng)外圍設(shè)備要求傳送一批數(shù)據(jù)時，由DMA控制器發(fā)一個停止信號給CPU，要求CPU放棄對地址總線、數(shù)據(jù)總線和有關(guān)控制總線的使用權(quán)。DMA控制器獲得總線控制權(quán)以后，開始進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。在一批數(shù)據(jù)傳送完畢后，DMA控制器通知CPU可以使用內(nèi)存，并把總線控制權(quán)交還給CPU,CPU不執(zhí)行程序,DMA不工作,DMA工作,DMA不工作,t,內(nèi)存工作時間,CPU控制并使用內(nèi)存,DMA控制并使用內(nèi)存,優(yōu)點(diǎn)是控制簡單，它適用于數(shù)據(jù)傳輸率很高的設(shè)備進(jìn)行成組傳送,缺點(diǎn)是在DMA控制器訪內(nèi)階段，內(nèi)存的效能沒有充分發(fā)揮，相當(dāng)一部分內(nèi)存工作周期是空閑的。,2周期挪用,在這種DMA傳送方法中，當(dāng)IO設(shè)備沒有DMA請求時，CPU按程序要求訪問內(nèi)存；一旦IO設(shè)備有DMA請求，則由IO設(shè)備挪用一個或幾個內(nèi)存周期。,t,內(nèi)存工作時間,CPU控制并使用內(nèi)存,DMA控制并使用內(nèi)存,與停止CPU訪內(nèi)的DMA方法比較，周期挪用的方法既實(shí)現(xiàn)了IO傳送，又較好地發(fā)揮了內(nèi)存和CPU的效率。但是IO設(shè)備每一次周期挪用都有申請總線控制權(quán)、建立總線控制權(quán)和歸還總線控制權(quán)的過程，所以傳送一個字對內(nèi)存來說要占用一個周期，但對DMA控制器來說一般要2-5個內(nèi)存周期，因此：周期挪用的方法適用于IO設(shè)備讀寫周期大于內(nèi)存存儲周期的情況。,3DMA與CPU交替訪內(nèi),如果CPU的工作周期比內(nèi)存存取周期長很多，此時采用交替訪內(nèi)的方法可以使DMA傳送和CPU同時發(fā)揮最高的效率，,t,內(nèi)存工作時間,CPU控制并使用內(nèi)存,DMA控制并使用內(nèi)存,C2,C1,C2,C1,C2,C1,C2,C1,C2,C1,這種方式不需要總線使用權(quán)的申請、建立和歸還過程，總線使用權(quán)是通過Cl和C2分時控制的。,這種傳送方式又稱為透明的DMA方式,這種總線控制權(quán)的轉(zhuǎn)移幾乎不需要什么時間，所以對DMA傳送來講效率是很高的。,833基本的DMA控制器,1DMA控制器的基本組成一個DMA控制器，實(shí)際上是采用DMA方式的外圍設(shè)備與系統(tǒng)總線之間的接口電路。這個接口電路是在中斷接口的基礎(chǔ)上再加DMA機(jī)構(gòu)組成。它由以下邏輯部件組成：,(6)中斷機(jī)構(gòu),(4)DMA請求標(biāo)志,(5)控制狀態(tài)邏輯,(3)數(shù)據(jù)緩沖寄存器,(2)字計(jì)數(shù)器,(1)內(nèi)存地址計(jì)數(shù)器,2DMA數(shù)據(jù)傳送過程,DMA的數(shù)據(jù)塊傳送過程可分為三個階段：傳送前預(yù)處理；正式傳送；傳送后處理。,基本DMA控制器與系統(tǒng)的連接有兩種方式，一種是公用的DMA請求方式，另一種是獨(dú)立的DMA請求方式，這與中斷方式類似。,DMA請求,DMA響應(yīng),發(fā)送內(nèi)存地址,傳送一個字?jǐn)?shù)據(jù),DMA結(jié)束,修改地址指針和字計(jì)數(shù)器,檢測傳送是否結(jié)束？,N,Y,8.3.4選擇型和多路型DMA控制器,一個控制器只控制一個IO設(shè)備。實(shí)際中經(jīng)常采用的是選擇型DMA控制器和多路型DMA控制器,1.選擇型DMA控制器,它在物理上可以連接多個設(shè)備，而在邏輯上只允許連接一個設(shè)備。,系統(tǒng)總線,在某一段時間內(nèi)只能為一個設(shè)備服務(wù)。,選擇型DMA控制器特別適合數(shù)據(jù)傳輸率很高以至接近內(nèi)存存取速度的設(shè)備。,2.多路型DMA控制器,多路型DMA控制器卻適合于同時為多個慢速外圍設(shè)備服務(wù)。,多路型DMA不僅在物理上可以連接多個外圍設(shè)備，而且在邏輯上也允許這些外圍設(shè)備同時工作，各設(shè)備以字節(jié)交叉方式通過DMA控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。,鏈?zhǔn)蕉嗦沸虳MA,獨(dú)立請求多路型DMA,T1,T2,T5,T4,T6,T7,T8,T3,45us,30us,5us,磁盤,磁帶,打印機(jī),DMA控制器,t,t,t,t,150us,多路DMA控制器工作時間圖,例：,84通道方式,8.4.1通道的功能1通道的功能,因?yàn)橥ǖ朗且粋€特殊功能的處理器、它有自己的指令和程序?qū)ｉT負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)輸入輸出的傳輸控制，而CPU將傳輸控制的功能下放給通道后只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理功能。,通道進(jìn)一步提高了CPU的效率,這樣，通道與CPU分時使用內(nèi)存，實(shí)現(xiàn)了CPU內(nèi)部運(yùn)算與IO設(shè)備的并行工作。,存儲總線,I/O總線,通道總線可以接若干個設(shè)備控制器，一個設(shè)備控制器可以接一個或多個設(shè)備。因此，從邏輯結(jié)構(gòu)上講，Io系統(tǒng)一般具有四級連接：CPU與內(nèi)存4)通道44設(shè)備控制器一外圍設(shè)備。為了便于通道對各設(shè)備的統(tǒng)一管理，對同一系列的機(jī)器，通道與設(shè)備控制器之間都有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口，設(shè)備控制器與設(shè)備之間則根據(jù)設(shè)備要求不同而采用專用接口。另一方面，具有通道的機(jī)器一般是大、中型計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)流通量很大。如果所有的IO設(shè)備都接在一個通道上，那么通道將成為限制系統(tǒng)效能的細(xì)脖子。因此大、中型計(jì)算機(jī)的IO系統(tǒng)一般接有多個通道。當(dāng)然，設(shè)立多個通道的另一好處是，對不同類型的Io設(shè)備可以進(jìn)行分類管理。存儲管理部件是內(nèi)存的控制部件，它的主要任務(wù)是根據(jù)事先確定的優(yōu)先次序，決定下一周期由哪個部件使用存儲總線訪問內(nèi)存。由于大多數(shù)IO設(shè)備是旋轉(zhuǎn)性的設(shè)備，讀寫信號具有實(shí)時性，不及時處理會丟失數(shù)據(jù)，所以通道與CPU同時要求訪內(nèi)時，通道優(yōu)先權(quán)高于CPU。在多個通道有訪內(nèi)請求時，選擇通道和數(shù)組多路通道的優(yōu)先權(quán)高于字節(jié)多路通道，因?yàn)榍罢咭话氵B接高速設(shè)備。,(1)接受CPU的IO指令，按指令要求與指定的外圍設(shè)備進(jìn)行通信。(2)從內(nèi)存選取屬于該通道程序的通道指令，經(jīng)譯碼后向設(shè)備控制器和設(shè)備發(fā)送各種命令。(3)組織外圍設(shè)備和內(nèi)存之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，并根據(jù)需要提供數(shù)據(jù)緩存的空間，以及提供數(shù)據(jù)存入內(nèi)存的地址和傳送的數(shù)據(jù)量。(4)從外圍設(shè)備得到設(shè)備的狀態(tài)信息，形成并保存通道本身的狀態(tài)信息，根據(jù)要求將這些狀態(tài)信息送到內(nèi)存的指定單元，供CPU使用。(5)將外圍設(shè)備的中斷請求和通道本身的中斷請求，按次序及時報(bào)告CPU。,通道的基本功能是執(zhí)行通道指令，組織外圍設(shè)備和內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，具體有以下五項(xiàng)任務(wù)：,2CPU對通道的管理CPU是通過執(zhí)行IO指令以及處理來自通道的中斷，實(shí)現(xiàn)對通道的管理。來自通道的中斷有兩種，一種是數(shù)據(jù)傳送結(jié)束中斷，另一種是故障中斷。通常把CPU運(yùn)行操作系統(tǒng)的管理程序的狀態(tài)稱為管態(tài)，而把CPU執(zhí)行目的程序時的狀態(tài)稱為目態(tài)。大中型計(jì)算機(jī)的IO指令都是管態(tài)指令，只有當(dāng)CPU處于管態(tài)時，才能運(yùn)行Io指令，目態(tài)時不能運(yùn)行I0指令。這是因?yàn)榇笾行陀?jì)算機(jī)的軟、硬件資源為多個用戶所共享，而不是分給某個用戶專用。3，通道對設(shè)備控制器的管理通道通過使用通道指令控制設(shè)備控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送操作，并以通道狀態(tài)字接收設(shè)備控制器反映的外圍設(shè)備的狀態(tài)。因此，設(shè)備控制器是通道對IO設(shè)備實(shí)現(xiàn)傳輸控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。設(shè)備控制器的具體任務(wù)如下：(1)從通道接受通道指令，控制外圍設(shè)備完成所要求的操作；(2)向通道反映外圍設(shè)備的狀態(tài)；(3)將各種外圍設(shè)備的不同信號轉(zhuǎn)換成通道能夠識別的標(biāo)準(zhǔn)信號。,8.4.2通道的類型,選擇通道主要用于連接高速外圍設(shè)備，如磁盤、磁帶等，信息以成組方式高速傳輸。,1.選擇通道,選擇通道,字節(jié)多路通道,數(shù)組多路通道,根據(jù)通道的工作方式分為,選擇通道又稱高速通道，在物理上它可以連接多個設(shè)備，但是這些設(shè)備不能同時工作，在某一段時間內(nèi)通道只能選擇一個設(shè)備進(jìn)行工作。,選擇通道在物理上可以連接多個設(shè)備，但在一段時間內(nèi)能執(zhí)行一個設(shè)備的通道程序，也就是說在邏輯上只能連接一個設(shè)備，所以它只包含一個子通道。一個子通道可以連接多個設(shè)備，但子通道數(shù)并不等于物理上可連接的設(shè)備數(shù)、而是該通道中能同時工作的設(shè)備數(shù)。,2.數(shù)組多路通道,數(shù)組多路通道和字節(jié)多路通道不僅在物理上可以連接多個設(shè)備，而且在一段時間內(nèi)能交替執(zhí)行多個設(shè)備的通道程序。換句話說在邏輯上可以連接多個設(shè)備，所以它們包含有若干個子通道。,數(shù)組多路通道既保留了選擇通道高速傳送數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)，又充分利用了控制性操作的時間間隔為其他設(shè)備服務(wù)，使通道效率充分得到發(fā)揮，因此數(shù)組多路通道在實(shí)際系統(tǒng)中得到較多應(yīng)用。,通道-子通道-設(shè)備,字節(jié)路通道主要用于連接大量的低速設(shè)備，如鍵盤、打印機(jī)等。,3字節(jié)多路通道,數(shù)組多路通道與設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳送的基本單位是數(shù)據(jù)塊，通道必須為一個設(shè)備傳送完一個數(shù)據(jù)塊以后，才能為別的設(shè)備傳送數(shù)據(jù)塊。,字節(jié)多路通道,數(shù)組多路通道允許多個設(shè)備同時工作，但只允許一個設(shè)備進(jìn)行傳輸型操作，其他設(shè)備進(jìn)行控制型操作。,而字節(jié)多路通道不僅允許多個設(shè)備同時操作，而且也允許它們同時進(jìn)行傳輸型操作。,(1),而字節(jié)多路通道與設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳送的基本單位是字節(jié)，因此各設(shè)備與通道之間的數(shù)據(jù)傳送是以字節(jié)為單位交替進(jìn)行。,(2),字節(jié)多路通道和數(shù)組多路通道有共同之處，即它們都是多路通道，在一段時間內(nèi)能交替執(zhí)行多個設(shè)備的通道程序，使這些設(shè)備同時工作。,數(shù)組多路通道不同之處,和,8.4.3通道結(jié)構(gòu)的發(fā)展,PPU基本上是獨(dú)立于主機(jī)工作的，它有自己的指令系統(tǒng)，完成算術(shù)邏輯運(yùn)算，讀寫主存儲器，與外設(shè)交換信息等。,通道結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)展，出現(xiàn)了兩種計(jì)算機(jī)IO系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。,一種是通道結(jié)構(gòu)的I/O處理器-稱為輸入輸出處理器(IOP)。,IOP可以和CPU并行工作，提供高速的DMA處理能力，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳送。但是它不是獨(dú)立于CPU工作的，而是主機(jī)的一個部件。,這類IOP廣泛應(yīng)用于中小型及微型計(jì)算機(jī)中,另一種是外圍處理機(jī)(PPU),8.5通用IO標(biāo)準(zhǔn)接口,SCSI有如下性能特點(diǎn)：(1)SCSI接口總線有8條數(shù)據(jù)線、一條奇偶校驗(yàn)線、9條控制線組成。使用50芯電纜，規(guī)定了兩種電氣條件：單端驅(qū)動，電纜長6m；差分驅(qū)動，電纜最長25m。,851并行I0標(biāo)準(zhǔn)接口SCSISCSI是小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口的簡稱，其設(shè)計(jì)思想來源于IBM大型機(jī)系統(tǒng)的IO通道結(jié)構(gòu)，目的使CPU擺脫對各種設(shè)備的繁雜控制。,它是一個高速智能接口，可以混接各種磁盤、光盤