К. Хамахер, З. Вранешич, С. Заки - Организация ЭВМ - 5-е издание (2003) (1114649), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Регистры данных и состояния соединяются шиной данных, и им присваиваются уникальные адреса. Дешифратор адреса, регистры данных и состояния, управляющие схемы, необходимые для координирования операций ввода-вывода, составляют схему со~рялеения, или интерфейс, устройства. 230 Глава 4. Ввод-вывод Команда, считывающая символ с клавиатуры, должна выполняться только тогда, когда таковой находится во входном буфере интерфейса клавиатуры. Кроме того, необходимо гарантировать, что один и тот же символ не будет прочитан из этого буфера дважды. Основные идеи, положенные в основу операций ввода-вывода, были изложены в разделе 2.7. В случае входного устройства, подобного клавиатуре, в схему сопряжения в виде одного из разрядов регистра состояния включается флаг состояния 51Х. Он устанавливается в 1, если символ вводится с клавиатуры, и сбрасывается в О, если символ считывается процессором.
Таким образом, проверяя значения флага 51М, программное обеспечение гарантирует корректность операции чтения данных. Для этого обычно организуется программный цикл, считывающий регистр состояния и проверяющий состояние флага 51Х. Обнаружив, что флаг установлен в 1, программа считывает значение из регистра входных данных. Аналогичным образом может осуществляться управление операциями вывода, но в этом случае применяется флаг состояния 3011Т.
Пример 4.1 Для того чтобы лучше усвоить базовые концепции ввода-вывода, мы рассмотрим простой пример с участием клавиатуры и дисплея. Для операций пересылки данных используются четыре регистра (рис. 4.3). В регистре ЯТАТ113 содержатся два управляющих флага, 51Х и 5013Т, хранящие соответственно информацию о состоянии клавиатуры и дисплея. Еще два флага из этого регистра, К1КЯ и ШВО, используются при обработке прерываний. О флагах КЕ1у и ЭЕХ, относящихся к регистру СОХТВО1, будет рассказано в разделе 4.2. Вводимые с клавиатуры данные помещаются в регистр ЭАТА1Х, а данные, отправляемые на дисплей, — в регистр ЭАТАО11Т.
ОАТА1й1 РАТАО13Т О1КЯ К1ВЯ БООТ 31М БТАТБЯ СОл1ТКОЕ ОЕХ КЕМ 7 6 5 4 3 2 1 О Рис. 4ЛК Регистры интерфейса клавиатуры и дисплея 4.К Доступ к устройствам ввода-вывода 231 Инициализация указателя на память Проверка флага Я1Х Ожидание ввода символа Чтение символа Проверка флага БОПТ Ожидание момента готовности дисплея Отправка символа на дисплей Сохранение символа в памяти и увеличение значения указателя Проверка того, введен ли символ возврата каретки Если символ возврата каретки не введен, считывается следующий символ Если символ возврата каретки введен, на дисплей отправляется символ перевода строки Вызов подпрограммы для обработки введенной строки №?.]ХЕ,КО №О,БТАТ153 ЖА1ТК РАТА)Х,К1 №1,ЯТАТ15$ ЖА1ТР К1,РАТА01)Т КЦКО)+ Моче ТезгВ!г ВгацсЬ-О Моче ТезгВ1с ВгапсЬ-О Моче Моче ЖА1ТК \ЧА1ТР Согораге №ЗОР,К1 ВгапсЬ№О %А1ТК №ЗОА,РАТАОПТ Моче РКОСЕЗЗ Рис.
4.4. Программа, которая считывает с клавиатуры одну строку, сохраняет ее з буфере памяти, а затем отображает на дисплее Данный пример иллюстрирует принцип технологии программно-управляемого ввода-вывода, при котором процессор постоянно проверяет флаг состояния, чтобы синхронизировать свою работу с работой внешнего устройства.
Мы говорим, что процессор ояратливаетл устройство. Существует еще два распространенных механизма реализации ввода-вывода: прерывания и прямой доступ к памяти. Если для управления вводом-выводом используются прерывания, синхронизалня достигается за счет того, что устройство ввода-вывода само сообщает о своей готовности, отправляя через шину специальный сигнал. Прямой доступ к памяти является характерным для высокоскоростных устройств ввода-вывода. Эта технология позволяет интерфейсным схемам устройства самостоятельно обмениваться Программа, приведенная на рис. 4.4„похожа на подпрограмму, представленную на рис. 2.20. Она считывает с клавиатуры строку символов и сохраняет ее в памяти, в буфере, начинающемся с адреса 11ХЕ.
Затем она вызывает подпрограмму РКОСЕББ, выполняющую обработку введенной строки. Каждый вводимый символ отображается на дисплее. Регистр КО используется как указатель на буфер в памяти. Его содержимое обновляется с применением автоинкрементного режима адресации, благодаря чему последовательно вводимые символы сохраняются в памяти по последовательным адресам. После ввода каждого символа подпрограмма проверяет, не является ли он символом возврата каретки (шестнадцатеричным АЯСП-кодом ОР). Если он таковым является, на дисплей отправляется символ перевода строки (шестнадцатеричный АБС? 1-код ОА), перемещающий курсор на одну строку вниз.
Затем вызывается подпрограмма РКОСЕББ. Если введен любой другой символ, программа переходит на начало цикла и ждет ввода следующего символа. 232 Глава 4. Ввод-вывод данными с памятью, без постоянного участия процессора. Эти два механизма мы обсудим в следующих разделах, после чего поговорим о необходимых для их реализации аппаратных компонентах — шине процессора и интерфейсах устройств ввода-вывода.
4.2. Прерывания В примере на рис. 4.4 программа выполняет цикл ожидания, постоянно проверяя состояние устройства. В течение этого времени процессор не делает никакой полезной работы. Однако во многих случаях в течение времени ожидания готовности устройства ввода-вывода процессор мог бы выполнять другие задачи. Для этого нужно так организовать совместную работу процессора и внешнего устройства, чтобы это устройство само оповещало процессор о своей готовности к пересылке данных.
Такое оповещение выполняется с помощью специального сигнала, называемого прерыванием. Для прерываний обычно выделяется как минимум одна управляющая линия шины, называемая линиЫ заироод прерывания. Поскольку при использовании прерываний процессору не нужно постоянно проверять состояние внешних устройств, он может использовать периоды ожидания для выполнения других полезных функций. Благодаря этому процессор никогда не простаивает. Пример 4.2 Рассмотрим задачу, для выполнения которой нужно произвести некоторые вычисления и напечатать результаты на принтере, затем произвести другие вычисления и снова распечатать результаты — и так несколько раз. Предположим, что выполняющая эту задачу программа состоит из двух подпрограмм, СОМР11ТЕ и РК1ХТ. Подпрограмма СОМР11ТЕ генерирует л выходных строк, которые должны быть напечатаны подпрограммой РКРТ.
Для реализации указанной задачи программа может многократно выполнять подпрограмму СОМРУТЕ, а затем подпрограмму РКРТ, Принтер за один раз принимает только одну строку текста. Поэтому подпрограмма РКРТ должна отослать одну строку текста, подождать, пока он будет напечатан, отослать следующую строку и т. д.
Недостатком этого подхода является то обстоятельство, что процессор тратит немало времени в ожидании готовности принтера. Общую скорость выполнения программы можно значительно увеличить путем чередования процессов печати и вычисления, то есть за счет выполнения во время печати подпрограммы СОМР11ТЕ. Делается это следующим образом.
Сначала выполняется подпрограмма СОМР11ТЕ, которая генерирует и первых строк текста, затем— подпрограмма РИХТ, отправляющая первую строку на принтер. Однако вместо того чтобы дожидаться окончания процесса печати строки, подпрограмма РК1ХТ может временно приостановить свое выполнение и передать управление программе С ОМ РПТЕ.
Когда принтер будет готов к печати следующей строки, он оповестит об этом процессор, выдав сигнал запроса прерывания. В ответ процессор прервет выполнение подпрограммы СОМР11ТЕ и передаст управление подпрограмме 4.2. Прерывания 233 РИХТ. Подпрограмма РК1ХТ отправит на принтер вторую строку и снова приостановит свою работу. Прерванная программа СОМР11ТЕ продолжит работу с точки прерывания.
Этот процесс может продолжаться до тех пор, пока не будут напечатаны все я строк и подпрограмма РК1ХТ не закончит свою работу. Когда следующие п строк будут готовы для печати, выполнение подпрограммы РИХТ начнется сначала И если на формирование подпрограммой СОМРБТЕ и строк текста понадобится больше времени, чем на их печать, процессор все время будет занят полезными вычислениями. Программа 2 Подпрограмма РК1ХТ Программа 1 Подпрограмма СОМР11ТЕ Здесь происходит — эв прерывание э ь1 Рис. 4Л. Передача управления через прерывания Этот пример иллюстрирует концепцию прерываний.
Программа, выполняемая в ответ на запрос прерывания, называется программой обработки прерываний. В нашем случае роль таковой выполняет подпрограмма РК1ХТ. Прерывания очень похожи на вызовы подпрограмм. Предположим, что запрос прерывания поступает во время выполнения команды 1 (рис. 4.5). Процессор завершает выполнение этой команды, а затем загружает в счетчик команд адрес первой команды программы обработки прерываний.
Для упрощения задачи предположим, что этот адрес аппаратно закреплен в процессоре. После выполнения программы обработки прерываний процессор должен вернуться к команде 1+ 1. Для этого перед вызовом программы обработки прерывания содержимое регистра РС должно быть временно сохранено в памяти. Команда возврата из прерывания, расположенная в конце программы обработки прерывания, загрузит этот сохраненный гдрес в регистр РС, в результате чего выполнение будет продолжено с команды 1 е 1. Во многих компьютерах адрес возврата сохраняется в стеке процессора. Но он может быть сохранен и в другом месте, например, в специально для него предназначенном регистре.
234 Глава 4. Ввод-вывод Обрабатывая прерывание, процессор должен проинформировать устройство о том, что его запрос распознан, после чего данное устройство сможет снять сигнал запроса прерывания. Для этого по шине может быть передан специальный управляющий сигнал. О сигнале подтверждения прерывания, используемом в некоторых схемах обработки прерываний, рассказывается далее в этой главе. Распространенной альтернативой такому подходу является пересылка данных между процессором и интерфейсом ввода-вывода. В программе обработки прерывания выполняется команда, которая изменяет значение в регистре состояния или регистре данных в интерфейсе устройства и тем самым явно информирует устройство о том, что запрос прерывания получен процессором.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
