內(nèi)存地址修改

83DMA方式,內(nèi)存地址修改、傳送字個數(shù)的計數(shù)等等，也不是由軟件實現(xiàn)，而是用硬件線路直接實現(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設備之間進行。,DMA方式的主要優(yōu)點是速度快,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)從外圍設備發(fā)出DMA請求；,(2)CPU響應請求，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)的計數(shù)，并執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送的操作；,(4)向CPU報告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技術的出現(xiàn)，使得外圍設備可以通過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,當外圍設備要求傳送一批數(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)點是控制簡單，它適用于數(shù)據(jù)傳輸率很高的設備進行成組傳送,缺點是在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IO設備沒有DMA請求時，CPU按程序要求訪問內(nèi)存；一旦IO設備有DMA請求，則由IO設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，實際上是采用DMA方式的外圍設備與系統(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上再加DMA機構(gòu)組成。它由以下邏輯部件組成：,(6)中斷機構(gòu),(4)DMA請求標志,(5)控制狀態(tài)邏輯,(3)數(shù)據(jù)緩沖寄存器,(2)字計數(shù)器,(1)內(nèi)存地址計數(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，另一種是獨立的DMA請求方式，這與中斷方式類似。,DMA請求,DMA響應,發(fā)送內(nèi)存地址,傳送一個字數(shù)據(jù),DMA結(jié)束,修改地址指針和字計數(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設備。實際中經(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備，而在邏輯上只允許連接一個設備。,系統(tǒng)總線,在某一段時間內(nèi)只能為一個設備服務。,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備服務。,多路型DMA不僅在物理上可以連接多個外圍設備，而且在邏輯上也允許這些外圍設備同時工作，各設備以字節(jié)交叉方式通過DMA控制器進行數(shù)據(jù)傳送。,鏈式多路型DMA,獨立請求多路型DMA,T1,T2,T5,T4,T6,T7,T8,T3,45us,30us,5us,磁盤,磁帶,打印機,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,因為通道是一個特殊功能的處理器、它有自己的指令和程序?qū)ｉT負責數(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責數(shù)據(jù)處理功能。,通道進一步提高了CPU的效率,這樣，通道與CPU分時使用內(nèi)存，實現(xiàn)了CPU內(nèi)部運算與IO設備的并行工作。,存儲總線,I/O總線,通道總線可以接若干個設備控制器，一個設備控制器可以接一個或多個設備。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設備控制器一外圍設備。為了便于通道對各設備的統(tǒng)一管理，對同一系列的機器，通道與設備控制器之間都有統(tǒng)一的標準接口，設備控制器與設備之間則根據(jù)設備要求不同而采用專用接口。另一方面，具有通道的機器一般是大、中型計算機，數(shù)據(jù)流通量很大。如果所有的IO設備都接在一個通道上，那么通道將成為限制系統(tǒng)效能的細脖子。因此大、中型計算機的IO系統(tǒng)一般接有多個通道。當然，設立多個通道的另一好處是，對不同類型的Io設備可以進行分類管理。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設備是旋轉(zhuǎn)性的設備，讀寫信號具有實時性，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，因為前者一般連接高速設備。,(1)接受CPU的IO指令，按指令要求與指定的外圍設備進行通信。(2)從內(nèi)存選取屬于該通道程序的通道指令，經(jīng)譯碼后向設備控制器和設備發(fā)送各種命令。(3)組織外圍設備和內(nèi)存之間進行數(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)從外圍設備得到設備的狀態(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)將外圍設備的中斷請求和通道本身的中斷請求，按次序及時報告CPU。,通道的基本功能是執(zhí)行通道指令，組織外圍設備和內(nèi)存進行數(shù)據(jù)傳輸，具體有以下五項任務：,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)。大中型計算機的IO指令都是管態(tài)指令，只有當CPU處于管態(tài)時，才能運行Io指令，目態(tài)時不能運行I0指令。這是因為大中型計算機的軟、硬件資源為多個用戶所共享，而不是分給某個用戶專用。3，通道對設備控制器的管理通道通過使用通道指令控制設備控制器進行數(shù)據(jù)傳送操作，并以通道狀態(tài)字接收設備控制器反映的外圍設備的狀態(tài)。因此，設備控制器是通道對IO設備實現(xiàn)傳輸控制的執(zhí)行機構(gòu)。設備控制器的具體任務如下：(1)從通道接受通道指令，控制外圍設備完成所要求的操作；(2)向通道反映外圍設備的狀態(tài)；(3)將各種外圍設備的不同信號轉(zhuǎn)換成通道能夠識別的標準信號。,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備，但是這些設備不能同時工作，在某一段時間內(nèi)通道只能選擇一個設備進行工作。,選擇通道在物理上可以連接多個設備，但在一段時間內(nèi)能執(zhí)行一個設備的通道程序，也就是說在邏輯上只能連接一個設備，所以它只包含一個子通道。一個子通道可以連接多個設備，但子通道數(shù)并不等于物理上可連接的設備數(shù)、而是該通道中能同時工作的設備數(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備，而且在一段時間內(nèi)能交替執(zhí)行多個設備的通道程序。換句話說在邏輯上可以連接多個設備，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，又充分利用了控制性操作的時間間隔為其他設備服務，使通道效率充分得到發(fā)揮，因此數(shù)組多路通道在實際系統(tǒng)中得到較多應用。,通道-子通道-設備,字節(jié)路通道主要用于連接大量的低速設備，如鍵盤、打印機等。,3字節(jié)多路通道,數(shù)組多路通道與設備之間數(shù)據(jù)傳送的基本單位是數(shù)據(jù)塊，通道必須為一個設備傳送完一個數(shù)據(jù)塊以后，才能為別的設備傳送數(shù)據(jù)塊。,字節(jié)多路通道,數(shù)組多路通道允許多個設備同時工作，但只允許一個設備進行傳輸型操作，其他設備進行控制型操作。,而字節(jié)多路通道不僅允許多個設備同時操作，而且也允許它們同時進行傳輸型操作。,(1),而字節(jié)多路通道與設備之間數(shù)據(jù)傳送的基本單位是字節(jié)，因此各設備與通道之間的數(shù)據(jù)傳送是以字節(jié)為單位交替進行。,(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)行多個設備的通道程序，使這些設備同時工作。,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基本上是獨立于主機工作的，它有自己的指令系統(tǒng)，完成算術邏輯運算，讀寫主存儲器，與外設交換信息等。,通道結(jié)構(gòu)的進一步發(fā)展，出現(xiàn)了兩種計算機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，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳送。但是它不是獨立于CPU工作的，而是主機的一個部件。,這類IOP廣泛應用于中小型及微型計算機中,另一種是外圍處理機(PPU),8.5通用IO標準接口,SCSI有如下性能特點：(1)SCSI接口總線有8條數(shù)據(jù)線、一條奇偶校驗線、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標準接口SCSISCSI是小型計算機系統(tǒng)接口的簡稱，其設計思想來源于IBM大型機系統(tǒng)的IO通道結(jié)構(gòu)，目的使CPU擺脫對各種設備的繁雜控制。,它是一個高速智能接口，可以混接各種磁盤、光盤