Э. Таненбаум - Архитектура компьютера (1127755), страница 107
Текст из файла (страница 107)
Однако если компилятор определит, что и > О (например, проверив, какое значение присвоено и), он сможет использовать более эффективный код, представленный в листинге 5.3. Когда-то в стандарте языка РОВТВА)т) требовалось, чтобы все циклы выполнялись хотя бы один раз. Это позволяло всегда порождать более эффективный код (как в листинге 5.3). В 1977 году этот дефект был исправлен, поскольку даже приверженцы языка РОСТКАХ начали осознавать, что не слишком хорошо иметь оператор цикла с такой странной семантикой, хотя она и позволяет экономить одну команду перехода на каждом цикле.
Команды ввода-вывода Ни одна другая группа команд не различается в разных машинах так сильно, как команды ввода-вывода. В современных персональных компьютерах используются три разные схемы ввода-вывода: + программируемый ввод-вывод с активным ожиданием; + ввод-вывод с управлением по прерываниям; + ввод-вывод с прямым доступом к памяти. Мы рассмотрим каждую из этих схем по очереди. Самым простым методом ввода-вывода является программируемый ввод-вывод. Эта схема часто используется в дешевых микропроцессорах, например во встроенных системах или в таких системах, которые должны быстро реагировать на внешние изменения (системы реального времени). Подобные процессоры обычно имеют одну команду ввода и одну команду вывода. Каждая из этих команд выбирает одно из устройств ввода-вывода.
Между фиксированным регистром процессора и выбранным устройством ввода-вывода передается по одному символу. Процессор должен выполнять определенную последовательность команд при каждом считывании и записи символа. В качестве примера рассмотрим терминал с четырьмя 1-байтными регистрами, как показано на рис.
5.2О. Два регистра используются для ввода: регистр состояния устройства и регистр данных. Два регистра используются для вывода: 428 Глава 5. Уровень архитектуры набора команд тоже регистр состояния устройства и регистр данных. Каждый из них имеет уникальный адрес. Если имеет место ввод-вывод с отображением на память, все 4 регистра являются частью адресного пространства и могут считываться и записыватъся с помощью обычных команд, предназначенных для работы с памятью. В противном случае для чтения и записи регистров требуются специальные команды ввода-вывода, например 1й и ОБТ. В обоих случаях ввод-вывод осуществляется путем передачи данных и информации о состоянии устройства между центральным процессором и указанными регистрами.
Бит готовности к получению Бит наличия символа в буфере следующего оимволв ий ий Буфер клавиатуры Буфер диоплея Рис. 5.20. Регистры устройств в простом терминале В регистре состояния клавиатуры из 8 бит используются только 2. Самый левый бит аппаратно устанавливается всякий раз, когда в буфере клавиатуры появляется символ. Если предварительно программно был установлен бит 6, выполняется прерывание. В противном случае прерывания не происходит. При программируемом вводе-выводе для получения входных данных центральный процессор обычно периодически в цикле считывает регистр состояния клавиатуры, пока бит 7 не получит значение 1.
Когда это случается, программно считывается буферный регистр клавиатуры, чтобы получить символ. Считывание регистра данных вызывает сброс бита наличия символа. Вывод осуществляется аналогично. Чтобы вывести символ на экран, сначала программно считывается регистр состояния дисплея, чтобы узнать, установлен ли бит готовности. Если он не установлен, цикл выполняется снова и снова до тех пор, пока бит готовности не станет равным единице. Это будет означать, что устройство готово принять символ.
Как только терминал приходит в состояние готовности, символ программно записывается в буферный регистр дисплея, который выводит символ на экран и дает сигнал устройству сбросить бит готовности в регистре состоянии дисплея. Когда символ появляется на экране, а терминал подготавливается к обработке следующего символа, контроллер снова устанавливает бит готовности. В качестве примера программируемого ввода-вывода рассмотрим )ача-процедуру (листинг 5,5). Эта процедура вызывается с двумя параметрами: массивом символов, которые нужно вывести, и количеством символов, имеющимся в массиве (до килобита). Тело процедуры представляет собой цикл, в котором выводится по одному символу, Сначала центральный процессор ждет готовности устройства и только после этого выводит символ, и эта последовательность дей- Типы команд 429 ствий повторяется для каждого символа.
Процедуры 1п и оит — это типичные процедуры ассемблера для чтения и записи регистров устройств, которые определяются по первому параметру. Переменная, из которой выполняется чтение или в которую производится запись, определяется по второму параметру. Деление на 128 (путем сдвига вправо на 7 разрядов) ликвидирует младшие 7 бит, при этом бит готовности оказывается в нулевом разряде. Листинг 6.6. Пример программируемого ввода-вывода риб)1с втаттс иотб оитрит Ьиттег(тпа ЬиПЕ тпт соипт) ( г'г' Вывод блока данных на устройство тпт вбатив.
т. геабу: бог (1 - О; т<соипт; тиг) ( оо ( вгавив = тп(Ш вр)ау атагов гео): !! получение информации О о состоянии устройства !г' выделение бита О готовности геабу" (втааж» 7) а Ох01; ) ип1)е (геабу == 1); оис(О1вр)ау Ьиттег гео. Ьитй1)): ) Основной недостаток программируемого ввода-вывода заключается в том, что центральный процессор проводит большую часть времени в цикле, ожидая готовности устройства. Этот процесс называется активным ожиданием.
Если центральному процессору больше ничего не нужно делать (как, например, в стиральной машине), в этом нет ничего страшного (хотя даже простому контроллеру часто нужно контролировать несколько параллельных процессов). Но если процессору приходится выполнять еше какие-либо действия, например запускать другие программы, то активное ожидание здесь не подходит и нужно искать другие методы ввода-вывода.
Чтобы избавиться от активного ожидания, необходимо, чтобы центральный процессор запускал устройство ввода-вывода, а это устройство после завершения своей работы сообщало об этом процессору с помощью прерывания. Посмотрите на рис. 5.20. Установив бит разрешения прерываний в регистре устройства, программа говорит о том, что ждет от аппаратуры сигнала о завершении работы устройства ввода-вывода. Подробнее мы рассмотрим прерывания далее в этой главе, когда перейдем к вопросам передачи управления. Во многих компьютерах сигнал прерывания порождается путем логического умножения (И) бита разрешения прерываний и бита готовности устройства. Если в первую очередь (перед запуском устройства ввода-вывода) программно разрешить прерывания, прерывание произойдет сразу же, поскольку бит готовности уже установлен.
То есть вероятно сначала нужно запустить устройство, а уже после этого разрешить прерывания. Запись байта в регистр состояния устройства не меняет бита готовности, который может только считываться. Ввод-вывод с управлением по прерываниям — это большой шаг вперед по сравнению с программируемым вводом-выводом, но все же он далеко не совершенен. Дело в том, что прерывание приходится генерировать для каждого пе- 430 Глава 5. Уровень архитектуры набора команд редаваемого символа и нужно каким-то образом избавляться от слишком большого числа прерываний. Решение лежит в возвращении к программируемому вводу-выводу, но только эту работу вместо центрального процессора должен делать кто-то другой.
Посмотрите на рис. 5.21. Мы добавили новую микросхему — контроллер прямого доступа к памяти (ПДП), имеющий непосредственный доступ к шине. Терминал Шина Рис. 6.21. Системе с контроллером прямого доступа к памяти Микросхема ПДП имеет по крайней мере 4 регистра. Все они могут загружаться программно центральным процессором. Первый регистр содержит адрес памяти, который нужно считать или записать. Второй регистр содержит количество передаваемых байтов или слов.
Третий регистр содержит номер устройства ввода-вывода или адрес в адресном пространстве ввода-вывода, задавая требуемое устройство. Четвертый регистр сообщает, должны ли данные считываться с устройства или записываться на него. Чтобы записать блок из 32 байт с адреса памяти 100 на терминал (например, устройство 4), центральный процессор записывает числа 32, 100 и 4 в первые три регистра ПДП, а код записи (например, 1) — в четвертый регистр, как показано на рис.
5.21. Контроллер ПДП, инициализированный таким образом, делает запрос на доступ к шине, чтобы считать байт 100 из памяти, точно так же, как если бы этот байт считывал центральный процессор. Получив нужный байт, контроллер ПДП посылает устройс~ву 4 запрос на ввод-вывод, чтобы записать на него байт. После завершения этих двух операций контроллер ПДП увеличивает значение регистра адреса на 1 и уменьшает значение регистра счетчика на 1. Если значение счетчика остается положительным, следующий байт считывается из памяти и записывается на устройство ввода-вывода. Типы команд 431 Когда значение счетчика доходит до О, контроллер ПДП останавливает передачу данных и нагружает линию прерывания на микросхеме процессора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
