7.2 一個簡單的IO設(shè)計

一個簡單的I/O設(shè)計輸入和輸出馮·諾依曼模型的重要組成部分輸入和輸出通過總線與CPU、存儲器進行通信最基本的輸入/輸出設(shè)備鍵盤和顯示器鍵盤和顯示器字符設(shè)備面向流的設(shè)備一個字符、一個字符的讀寫按照先后順序I/O控制器一種電子設(shè)備I/O設(shè)備與CPU通信的接口包括幾個寄存器保存數(shù)據(jù)鍵盤數(shù)據(jù)寄存器（KBDR）顯示器數(shù)據(jù)寄存器（DDR）保存狀態(tài)鍵盤控制寄存器（KBCR）顯示器控制寄存器（DCR）……內(nèi)存映射I/OCPU如何和這些設(shè)備的寄存器進行通信？如何讀取I/O設(shè)備寄存器中的數(shù)據(jù)？如何向I/O設(shè)備寄存器加載數(shù)據(jù)？兩種機制專門的I/O指令I(lǐng)ntelx86指令集，in/out通用寄存器

I/O設(shè)備寄存器數(shù)據(jù)傳送指令通用寄存器存儲器內(nèi)存映射問題：如何表示I/O設(shè)備寄存器？內(nèi)存映射I/O設(shè)備寄存器：分配內(nèi)存地址這些地址被分配給I/O設(shè)備寄存器，不再是存儲單元RISC-V-內(nèi)存映射的I/O設(shè)備寄存器內(nèi)存地址分配地址I/O寄存器xFFFF0000~xFFFF0003鍵盤控制寄存器（KBCR）xFFFF0004~xFFFF0007鍵盤數(shù)據(jù)寄存器（KBDR）xFFFF0008~xFFFF000B顯示器控制寄存器（DCR）xFFFF

000C~xFFFF000F顯示器數(shù)據(jù)寄存器（DDR）讀KBDR的指令序列kbdr: .word 0xFFFF0004 #KBDR的內(nèi)存映射地址…… la x5,kbdr lw x6,0(x5) #x6=0xFFFF0004 lw x11,0(x6) #將KBDR中的數(shù)據(jù)加載到x11中寫DDR的指令序列ddr: .word 0xFFFF000C #DDR的內(nèi)存映射地址…… la x5,ddr lw x6,0(x5) #x6=xFFFF000C sw x11,0(x6) #將x11中的數(shù)據(jù)寫到DDR中鍵盤與處理器用戶輸入字符，KBDR

ASCII碼lw x11,0(x6) #將KBDR中的數(shù)據(jù)加載到x11中

問題：如果執(zhí)行這條指令時，用戶還沒有輸入新的字符，會發(fā)生什么情況？將KBDR之前存儲的數(shù)據(jù)讀入x11中？異步I/O的執(zhí)行與處理器的執(zhí)行不同步微處理器：時鐘控制下執(zhí)行指令用戶鍵盤輸入：不受時鐘控制顯示器？sw x11,0(x6) #將x11中的數(shù)據(jù)寫到DDR中

問題：如果執(zhí)行該指令時，顯示器還沒有將上一個DDR中的字符顯示完成，會發(fā)生什么情況？將DDR之前存儲的數(shù)據(jù)覆蓋？異步處理異步問題協(xié)議/握手機制鍵盤，1位的標志是否輸入一個字符顯示器，1位的標志被送給顯示器的字符是否已被顯示設(shè)備控制寄存器[0]位KBCR[0]DCR[0]鍵盤就緒位KBCR[0]每當用戶輸入一個字符時，鍵盤控制器就將就緒位設(shè)為1每當處理器讀取該字符時，鍵盤控制器就將就緒位清空同步機制讀取KBDR之前，檢查就緒位鍵盤：同步的指令序列kbcr: .word 0xFFFF0000 #KBCR的內(nèi)存映射地址kbdr: .word 0xFFFF0004 #KBDR的內(nèi)存映射地址…… la x5,kbcr lw x6,0(x5) #x6=0xFFFF0000 lw x7,0(x6) #加載KBCR中的數(shù)據(jù)

andi x6,x7,1 #測試KBCR[0]是否為1，即是否有字符輸入

beqz x6,XXXX

#如果KBCR[0]==0，不執(zhí)行l(wèi)w指令

la x5,kbdr lw x6,0(x5) #x6=0xFFFF0004 lw x11,0(x6) #將KBDR中的數(shù)據(jù)加載到x11中顯示器就緒位DCR[0]每當顯示器完成了一個字符的顯示，顯示器控制器就將DCR[0]設(shè)為1每當處理器向DDR寫字符時，顯示器控制器就將DCR[0]清空同步機制寫DDR之前，檢查就緒位顯示器的同步指令序列dcr: .word 0xFFFF0008 #DCR的內(nèi)存映射地址ddr: .word 0xFFFF000C #DDR的內(nèi)存映射地址…… la x5,dcr lw x6,0(x5) #x6=0xFFFF0008 lw x7,0(x6) #加載DCR中的數(shù)據(jù)

andi x6,x7,1 #測試DCR[0]是否為1，即是否就緒

beqz x6,XXXX

#如果DCR[0]==0，不執(zhí)行sw指令

la x5,ddr lw x6,0(x5) #x6=xFFFF000C sw x11,0(x6) #將x11中的數(shù)據(jù)寫到DDR中輪詢周期性的檢查狀態(tài)位，判斷是否執(zhí)行I/O操作的方法最簡單的方式由處理器完全控制和執(zhí)行通信工作輸入服務例程-輪詢01kbcr: .word 0xFFFF0000 #KBCR的內(nèi)存映射地址02kbdr: .word 0xFFFF0004 #KBDR的內(nèi)存映射地址03 …… #省略04 la x5,kbcr 05InPoll: lw x6,0(x5) #測試是否有字符被輸入06 lw x7,0(x6) 07 andi x6,x7,1 08 beqz x6,InPoll

#如果KBCR[0]==0，輪詢09 la x5,kbdr 0A lw x6,0(x5) 0B lw x11,0(x6) #將KBDR中的數(shù)據(jù)加載到x11中0C j NEXT_TASKX #執(zhí)行下一個任務輸出服務例程-輪詢01dcr: .word 0xFFFF0008 #DCR的內(nèi)存映射地址02ddr: .word 0xFFFF000C #DDR的內(nèi)存映射地址03 …… #省略04 la x5,dcr 05OutPoll: lw x6,0(x5) #測試顯示是否就緒06 lw x7,0(x6) 07 andi x6,x7,1 08 beqz x6,OutPoll

#如果DCR[0]==0，輪詢09 la x5,ddr 0A lw x6,0(x5) 0B sw x11,0(x6) #將x11中的數(shù)據(jù)寫到DDR中0C j NEXT_TASKY #執(zhí)行下一個任務輪詢?nèi)秉c讀取鍵盤數(shù)據(jù)時，狀態(tài)未就緒，假設(shè)微處理器的時鐘頻率：300MHz一個時鐘周期：3.3