第二章存储子系统

1、 芯片芯片 芯片地址芯片地址 片选逻辑片选逻辑1KB1KB1KB1KB（4）逻辑图）逻辑图A9 A0A9 A0A9 A0A9 A0CS0=A11A10CS1=A11A10CS2=A11A10CS3=A11A10例例2 2、用、用4KB ROM4KB ROM芯片、芯片、2K2K4 4位和位和1K1K4 4位位RAMRAM芯片芯片组成组成7KB7KB存储器。地址总线存储器。地址总线A15A15A0A0（低），双向（低），双向数据总线数据总线D7D7D0D0（低），读（低），读/ /写信号线写信号线R/WR/W。（1）芯片数：）芯片数： 5片片连续区间，先安排大容量芯连续区间，先安排大容量芯片，后安

2、排小容量芯片片，后安排小容量芯片（2）存储空间安排：）存储空间安排： 芯片芯片 芯片地址芯片地址 片选逻辑片选逻辑4KB2KB1KB（4）逻辑图）逻辑图A11 A0A10 A0A9 A0CS0=A12CS1=A12A11CS2=A12A11A10（3）芯片地址分配与片选逻辑：）芯片地址分配与片选逻辑：7KB：13位地址位地址A12 A0例例3 3、存储器空间分配：、存储器空间分配：ROMROM区：区：2000H2000H 27FFH27FFH （按字节编址）（按字节编址） RAMRAM区：区：2800H2800H 33FFH33FFH选用芯片：选用芯片：EPROM 2KB/EPROM 2KB/

3、片片 RAM 2KB/ RAM 2KB/片、片、1KB/1KB/片片 芯片芯片 芯片地址芯片地址 片选逻辑片选逻辑2KB2KB1KBA10 A0A10 A0A9 A0CS0=A12A11CS1=A12A11CS2=A12A11A10（3）芯片地址分配与片选逻辑：）芯片地址分配与片选逻辑：5KB：13位地址位地址A12 A0ROMROM区：区：2KB2KBRAMRAM区：区：3KB3KB（1）计算容量：）计算容量：（2）芯片数：）芯片数： EPROM 1EPROM 1片、片、RAM 2RAM 2片片A15 A13 为为001即即A15A14A13 芯片芯片 芯片地址芯片地址 片选逻辑片选逻辑（2

4、）芯片地址分配与片选逻辑：）芯片地址分配与片选逻辑：64KB：16位地址位地址A15 A0例例3 3、主存、主存64KB64KB，其中高地址区，其中高地址区2KB2KB用于用于I/OI/O空间。空间。选用选用芯片芯片 8KB/KB/片。片。（1）芯片数：）芯片数： 8片片8KB8KB8KB8KB8KBA12 A0A12 A0A12 A0A12 A0A12 A0CS0=A15A14A13A15A14A13CS1=A15A14A13A15A14A13CS2=A15A14A13A15A14A13CS6=A15A14A13A15A14A13CS7=A15A14A13A15A14A13A12A11A12

5、A11（3）存储空间分配可以不连续）存储空间分配可以不连续,相应片选逻辑也不相应片选逻辑也不连续连续2、其他问题、其他问题（1）有关控制信号）有关控制信号(VMAVMA、MREQMREQ等等) )（2）地址复用技术）地址复用技术2.2 基本概念基本概念1、存储原理、存储原理SRAMSRAM：利用双稳态触发器内部交叉反馈存储信息。：利用双稳态触发器内部交叉反馈存储信息。DRAMDRAM：利用电容存储电荷存储信息。：利用电容存储电荷存储信息。2、动态刷新、动态刷新（1）定义：按所存信息定期向电容补充电荷。）定义：按所存信息定期向电容补充电荷。（2）方式：按行读一遍。）方式：按行读一遍。（3）刷新周

6、期安排方式）刷新周期安排方式集中刷新、分散刷新、异步刷新集中刷新、分散刷新、异步刷新（1）随机存取方式）随机存取方式3、存取方式、存取方式 1）可按地址直接访问任一单元；）可按地址直接访问任一单元； 2）访问时间与单元地址无关。）访问时间与单元地址无关。 访问时按顺序查找，访问时间与数据所在位访问时按顺序查找，访问时间与数据所在位置有关。置有关。（2）顺序存取方式）顺序存取方式（3）直接存取方式）直接存取方式 访问时先直接指向一个小区域，再按顺序查访问时先直接指向一个小区域，再按顺序查找，访问时间与数据所在位置有关。找，访问时间与数据所在位置有关。第三章第三章 I/OI/O子系统子系统3.1

7、总线与接口的基本概念总线与接口的基本概念3.1.1 3.1.1 总线总线1 1、定义：一组能为多个部件分时共享的公共信息、定义：一组能为多个部件分时共享的公共信息 传送线路。传送线路。1）CPU内总线：内总线：CPU芯片内寄存器和算逻部件之芯片内寄存器和算逻部件之间互连的总线。间互连的总线。（1）按功能）按功能分类分类2 2、分类、分类2）部件内总线：插件板内各芯片之间互连的总线。）部件内总线：插件板内各芯片之间互连的总线。3）系统总线：计算机系统内各功能部件之间或各）系统总线：计算机系统内各功能部件之间或各插件板之间互连的总线。插件板之间互连的总线。4）外总线：计算机系统之间，或计算机系统与

8、其）外总线：计算机系统之间，或计算机系统与其他系统之间互连的总线。他系统之间互连的总线。（2）按时序控制方式）按时序控制方式分类分类1）同步总线：由控制模块提供统一的同步时序信）同步总线：由控制模块提供统一的同步时序信号控制总线传送操作。号控制总线传送操作。 （3）按数据传送格式）按数据传送格式分类分类2）异步总线：不采用统一时钟周期划分，根据传）异步总线：不采用统一时钟周期划分，根据传送的实际需要决定总线周期长短，以异步应答方送的实际需要决定总线周期长短，以异步应答方式控制总线传送操作。式控制总线传送操作。 3 3）扩展同步总线：以时钟周期为时序基础，允许）扩展同步总线：以时钟周期为时序基础

9、，允许总线周期中的时钟数可变。总线周期中的时钟数可变。1 1）并行总线：）并行总线：同时传送各位信息。同时传送各位信息。2 2）串行总线：）串行总线：分时逐位传送各位信息。分时逐位传送各位信息。3.3.系统总线的信号组成系统总线的信号组成电源线、地址线、数据线、电源线、地址线、数据线、控制线控制线复位复位时序：时钟、定时、应时序：时钟、定时、应答答数传控制：数传控制：M M读读/ /写、写、IOIO读读/ /写写中断请求、响应中断请求、响应总线请求、响应总线请求、响应3.1.2 3.1.2 接口接口1.1.定义：泛指两个设备（硬、软）之间的连接部件定义：泛指两个设备（硬、软）之间的连接部件2

10、2、分类、分类(1)(1)按数据传送格式划分按数据传送格式划分1 1）并行接口）并行接口接口与系统总线、接口与外设均按并行方式传送接口与系统总线、接口与外设均按并行方式传送数据。数据。2 2）串行接口）串行接口接口与系统总线并行传送，接口与外设串行传送。接口与系统总线并行传送，接口与外设串行传送。(2)(2)按时序控制方式划分按时序控制方式划分1 1）同步接口）同步接口接口与系统总线的信息传送由统一时序信号控制。接口与系统总线的信息传送由统一时序信号控制。2 2）异步接口）异步接口接口与系统总线的信息传送采用异步应答方式。接口与系统总线的信息传送采用异步应答方式。(3)(3)按按I/OI/O传

11、送控制方式划分传送控制方式划分1 1）直接程序传送接口）直接程序传送接口2 2）中断接口）中断接口3 3）DMADMA接口接口（可采用查询方式）（可采用查询方式）（可插入中断作（可插入中断作DMADMA善后处理）善后处理）3.2 I/O传送控制机制传送控制机制3.2.1 程序中断方式程序中断方式1、定义及应用、定义及应用（1 1）定义）定义CPUCPU暂时中止现行程序的执行，转去执行为某个随暂时中止现行程序的执行，转去执行为某个随机事态服务的中断处理程序。处理完毕后自动恢机事态服务的中断处理程序。处理完毕后自动恢复原程序的执行。复原程序的执行。（2 2）实质）实质程序切换程序切换时间：一条指令

12、结束时切换。时间：一条指令结束时切换。方法：保存断点、现场；恢复现场、方法：保存断点、现场；恢复现场、 返回断点。返回断点。（3 3）特点）特点随机性随机性随机发生的事态随机发生的事态有意调用，随机请求与处理的事态有意调用，随机请求与处理的事态随机插入的事态随机插入的事态（4 4）应用）应用控制中、低速控制中、低速I/OI/O操作。操作。处理复杂随机事态。处理复杂随机事态。2 2、中断服务程序入口地址的获取、中断服务程序入口地址的获取（1 1）向量中断方式）向量中断方式将服务程序入口地址将服务程序入口地址( (中断向量中断向量) )组织在中断向量组织在中断向量表中；响应中断时，由硬件直接产生对

13、应于中断表中；响应中断时，由硬件直接产生对应于中断源的向量地址，访问向量表，取得相应服务程序源的向量地址，访问向量表，取得相应服务程序入口，转入服务程序。入口，转入服务程序。中断向量：中断向量：服务程序入口地址、服务程序状态字服务程序入口地址、服务程序状态字中断向量表：中断向量表： 存放中断向量的存储区存放中断向量的存储区向量地址：向量地址：访问向量表的地址访问向量表的地址（指向中断向量的（指向中断向量的首址）首址）（2 2）非向量中断方式）非向量中断方式将服务程序入口组织在查询程序中；将服务程序入口组织在查询程序中；CPUCPU响应时响应时执行查询程序，确定中断源，转入相应服务程序。执行查询

14、程序，确定中断源，转入相应服务程序。3 3、中断接口功能模型、中断接口功能模型（1 1）寄存器选择）寄存器选择：对接口寄存器寻址。：对接口寄存器寻址。（2 2）命令字寄存器）命令字寄存器：接收：接收CPUCPU发向外设的命令。发向外设的命令。（3 3）状态字寄存器）状态字寄存器 ：反映设备和接口的运行状：反映设备和接口的运行状态。态。（4 4）数据缓冲器）数据缓冲器 ：传送数据，实现缓冲。：传送数据，实现缓冲。（5 5）控制逻辑）控制逻辑请求信号产生逻辑请求信号产生逻辑电平转换逻辑电平转换逻辑针对设备特性的逻辑针对设备特性的逻辑串串- -并转换逻辑并转换逻辑( (串口串口) )（6 6）公用中

15、断控制器：）公用中断控制器： 接收外设请求，屏蔽、判接收外设请求，屏蔽、判优，送出公共请求；优，送出公共请求；接收中断批准，送出中断接收中断批准，送出中断号（中断类型码）或向量号（中断类型码）或向量地址。地址。4 4、中断全过程（主机与外设交换信息）、中断全过程（主机与外设交换信息）（1 1）初始化：）初始化：设置接口和中断控制器工作方式，设置接口和中断控制器工作方式，送屏蔽字，送中断号。送屏蔽字，送中断号。（2 2）发启动命令）发启动命令( (送命令字送命令字) )，启动设备。，启动设备。（3 3）设备完成工作，申请中断。）设备完成工作，申请中断。（4 4）中断控制器汇集各请求，经屏蔽、判优

16、，）中断控制器汇集各请求，经屏蔽、判优，形成中断号，并向形成中断号，并向CPUCPU送公共请求送公共请求INTINT。（5 5）CPUCPU响应，发批准响应，发批准INTAINTA。并关中断、保存。并关中断、保存断点。断点。（6 6）中断控制器送出中断号。）中断控制器送出中断号。（7 7）CPUCPU执行中断隐指令操作（将中断号转换为向执行中断隐指令操作（将中断号转换为向 量地址，查向量表，取入口），进入服务程序。量地址，查向量表，取入口），进入服务程序。（9 9）返回原程序（返回前开中断）。）返回原程序（返回前开中断）。单级中断单级中断（8 8）CPUCPU执行服务程序，进行中断处理（交换数

17、执行服务程序，进行中断处理（交换数据）据）多重中断多重中断注意屏蔽技术的两个应用注意屏蔽技术的两个应用动态改变优先级动态改变优先级实现多重中断实现多重中断5 5、中断接口设计、中断接口设计设计关键：通用机如何针对设备的多样性、特殊设计关键：通用机如何针对设备的多样性、特殊 性发出具体命令。性发出具体命令。（1 1）命令字、状态字格式的拟定）命令字、状态字格式的拟定（2 2）中断源的扩展）中断源的扩展解决：解决：例、某机需扩展两个外中断源。例、某机需扩展两个外中断源。CPUCPU发向两设备的发向两设备的命令字包括启动、停止、读、写等，设备状态包命令字包括启动、停止、读、写等，设备状态包括忙、完成

18、、故障等。两设备共用一个中断类型括忙、完成、故障等。两设备共用一个中断类型码（码（IRQ2IRQ2）。设计接口，要求两设备能同时启动，）。设计接口，要求两设备能同时启动，并行工作。并行工作。（1 1）接口组成）接口组成两设备共用一个接口，设置一个命令字（分两两设备共用一个接口，设置一个命令字（分两段），一个状态字（分两段），两个缓冲器。段），一个状态字（分两段），两个缓冲器。（2 2）命令字、状态字格式）命令字、状态字格式（3 3）扩展方法：向量中断）扩展方法：向量中断+ +非向量中断方式非向量中断方式两设备公共请求送两设备公共请求送IRQ2IRQ2。若。若IRQ2IRQ2被响应，则转入被响应

19、，则转入IRQ2IRQ2服务程序，在该程序中设置有两设备服务程服务程序，在该程序中设置有两设备服务程序入口。序入口。 IRQ2IRQ2服务程序查询状态字（先查询的设服务程序查询状态字（先查询的设备优先级高），转相应中断处理。备优先级高），转相应中断处理。3.2.2 DMA方式方式1、定义及应用、定义及应用直接依靠硬件实现主存与直接依靠硬件实现主存与I/OI/O间的数据传送，间的数据传送，传送期间不需传送期间不需CPUCPU程序干预。程序干预。（1 1）定义）定义注意：注意：1)I/O1)I/O与主存，而不是与主存，而不是I/OI/O与与CPUCPU或或I/OI/O与主机交换与主机交换数据。数据

20、。2)2)直接依靠硬件传送，而不是执行程序传送直接依靠硬件传送，而不是执行程序传送。3)3)传送前的初始化和传送结束处理，需传送前的初始化和传送结束处理，需CPUCPU执行程执行程序实现序实现。用于高速、简单、批量数据用于高速、简单、批量数据传送。传送。（2 2）应用）应用2、 DMA控制器与接口控制器与接口（1 1）DMADMA控制器功能控制器功能1 1）接收初始化信息（传送方向、主存首址、交换）接收初始化信息（传送方向、主存首址、交换量）。量）。2 2）接收接口的）接收接口的DMADMA请求（请求（DREQDREQ），向），向CPUCPU申请总线申请总线（HRQHRQ）。）。3 3）接收）

21、接收CPUCPU的总线响应（的总线响应（HLDAHLDA），向接口发回），向接口发回DMADMA应答（应答（DACKDACK）。）。4 4）接管总线权，控制）接管总线权，控制DMADMA传送。传送。（2 2）接口功能）接口功能1 1）接收初始化信息（外设寻址信息）。）接收初始化信息（外设寻址信息）。2 2）接收）接收CPUCPU发向设备的命令，反映设备、接口的发向设备的命令，反映设备、接口的状态。状态。3 3）传送数据。）传送数据。3、 DMA全过程全过程（1 1）初始化）初始化CPUCPU通过程序向通过程序向DMADMA控制器和接口送出初始化信息。控制器和接口送出初始化信息。启动设备。启动设

22、备。（2 2）DMADMA传送传送DMADMA控制器获得总线权，控制直传，并自动修改地控制器获得总线权，控制直传，并自动修改地址、交换量。址、交换量。（3 3）结束处理）结束处理批量传送完毕，接口申请中断，批量传送完毕，接口申请中断，CPUCPU执行中断处理执行中断处理程序，作结束处理。程序，作结束处理。注意：注意：三个阶段各采用什么方式？各完成哪些操作？三个阶段各采用什么方式？各完成哪些操作？（程序传送方式、硬件传送方式、中断方式）（程序传送方式、硬件传送方式、中断方式）第四章第四章 主要主要I/OI/O设备原理设备原理4.1 磁盘磁盘4.1.1 4.1.1 信息分布与寻址信息信息分布与寻址

23、信息 1 1、信息分布、信息分布盘片、记录面、磁道（圆柱面）、扇区盘片、记录面、磁道（圆柱面）、扇区2、寻址信息寻址信息 驱动器号、圆柱面号（磁道号）、磁头号、扇区驱动器号、圆柱面号（磁道号）、磁头号、扇区号（起始扇区）、交换量（扇区数）号（起始扇区）、交换量（扇区数）4.1.2 4.1.2 磁记录方式磁记录方式 NRZ1NRZ1（早期低速磁带机）、（早期低速磁带机）、PEPE（常规磁带机）、（常规磁带机）、FMFM、MFMMFM（磁盘）、（磁盘）、GCRGCR（流式磁带机）（流式磁带机）4.1.3 4.1.3 调用过程（调用过程（DMADMA方式）方式） (1)CPU(1)CPU向适配器送出

24、驱动器号、圆柱面号、磁头向适配器送出驱动器号、圆柱面号、磁头号、起始扇区号、扇区数等外设寻址信息；向号、起始扇区号、扇区数等外设寻址信息；向DMADMA控制器送出传送方向、主存首址、交换量等信息。控制器送出传送方向、主存首址、交换量等信息。(2)(2)适配器启动寻道，并用中断方式判寻道是否正适配器启动寻道，并用中断方式判寻道是否正确。确。(3)(3)适配器准备好适配器准备好( (读盘：扇区缓存满一扇区；写盘：读盘：扇区缓存满一扇区；写盘：扇区缓存空一扇区）扇区缓存空一扇区）, ,提出提出DMADMA请求。请求。(5)(5)批量传送完毕，适配器申请中断。批量传送完毕，适配器申请中断。(6)CPU

25、(6)CPU响应，调回状态字，作善后处理。响应，调回状态字，作善后处理。(4)CPU(4)CPU响应，由响应，由DMADMA控制器控制总线，实现传送。控制器控制总线，实现传送。4.1.4 4.1.4 主要技术指标主要技术指标 1 1、容量、容量2 2、速度、速度数据长度计算）数据长度计算）非格式化容量：磁盘总容量（由位密度计算）非格式化容量：磁盘总容量（由位密度计算）格式化容量：磁盘格式化后的有效容量（由扇区格式化容量：磁盘格式化后的有效容量（由扇区平均寻道（平均定位）时间平均寻道（平均定位）时间 msms平均旋转（平均等待）时间平均旋转（平均等待）时间 msms数据传输率数据传输率 b/sb

26、/s4.2 CRT显示器显示器4.2.1 4.2.1 显示方式与分辨率显示方式与分辨率 1 1、字符、字符/ /数字方式（数字方式（A/NA/N方式）：方式）：m m行行n n列列（2525行行8080列）列）4.2.2 4.2.2 显示缓存显示缓存VRAMVRAM与屏幕显示的对应关系与屏幕显示的对应关系 1 1、显存内容与容量计算、显存内容与容量计算2 2、图形方式（、图形方式（APAAPA方式）：方式）： m m点点n n线线（10241024点点768768线）线）（1 1）内容）内容字符方式：字符编码字符方式：字符编码图形方式：图形象点代码图形方式：图形象点代码例、分辨率为例、分辨率为2525行行8080列列 （2 2）容量）容量1 1）字符方式：一个字节单元存放一个字符编码。）字符方式：一个字节单元存放一个字符编码。基本容量基本容量= 25= 2580=2KB80=2KB2 2）图形方式：一位存放一个点。）图形方式：一位存放一个点。例、分辨率为例、分辨率为640640点点200200线线 基本容量基本容量=640=640200/8200