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計算機システム Ⅱ 入出力と周辺装置

計算機システム Ⅱ 入出力と周辺装置. 和田俊和. 講義計画. コンピュータ の歴史 １ コンピュータ の歴史 ２　 コンピュータ の歴史 ３　 論理 回路と記憶，計算：レジスタと ALU 主 記憶装置とALU，レジスタの 制御 命令セットアーキテクチャ 演習 問題 パイプライン処理 メモリ 階層：キャッシュと仮想 記憶 命令 レベル並列 処理 入出力 と周辺 装置 （ ← 本日 ） 演習 問題 現代的 な計算機アーキテクチャの 解説 演習問題 総括 と試験

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計算機システム Ⅱ 入出力と周辺装置

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Presentation Transcript

  1. 計算機システムⅡ入出力と周辺装置 和田俊和

  2. 講義計画 • コンピュータの歴史１ • コンピュータの歴史２　 • コンピュータの歴史３　 • 論理回路と記憶，計算：レジスタとALU • 主記憶装置とALU，レジスタの制御 • 命令セットアーキテクチャ • 演習問題 • パイプライン処理 • メモリ階層：キャッシュと仮想記憶 • 命令レベル並列処理 • 入出力と周辺装置（←本日） • 演習問題 • 現代的な計算機アーキテクチャの解説 • 演習問題 • 総括と試験 • 教科書：坂井修一著：電子情報通信学会レクチャーシリーズＣ−９，コンピュータアーキテクチャ，コロナ社 • 最終回の試験によって成績評価を行う．５回以上欠席で不合格とする．

  3. 本日の講義の範囲 コンピュータ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　デバイス デバイス コントローラ

  4. ７．１周辺装置(peripheral Devices)

  5. 7.1.1並列処理 • 各デバイスの種類に応じて，入出力の方法が異なる．

  6. 7.1.2液晶ディスプレイ • 光は，電磁波であり，電界の振動と磁界の振動が通常は直交している． • 特定方向の振動面を持つ光だけを通すのが偏光フィルタ．

  7. 液晶ディスプレイ • 液晶は印加電圧によって偏光面が変化するデバイス． • 電圧ゼロのときに，偏光フィルタの偏光面と直交する→光を通さない． • 電圧をかけると偏光フィルタと同じ偏光面となり光が通過する

  8. 7.1.3 磁気ディスク • シリンダ • トラック • セクタ 円盤形デバイスはシーク時間が短い

  9. 7.2 入出力の機構と動作

  10. 7.2.1 ハードウエアインタフェース • 各デバイスはバスによって結合されている． このテキストでは，主記憶とＣＰＵがバスを経由しない接続になっているが，バスを経由してアクセスするものもある．

  11. バスの種類 • ＶＭＥバス:モトローラ68000用 • ＳＢＵＳ：Sun MicrosystemsのSPARC用 • ＰＣＩバス：スイッチ形バス

  12. 7.2.2 データ転送の手順 • ポーリングは，ＣＰＵが各周辺装置を見回って，入出力要求があるかどうかを調べる方法．処理は単純であるが，入出力要求に即応できない． • 割り込みは，周辺装置の割り込みコントローラからＣＰＵに割り込み信号を入れ，ＣＰＵに例外処理を行わせる中で入出力を行わせる方法である．入出力要求に即応することが出来るが，レジスタ待避やキャッシュの書き戻しなどの前処理・後処理のオーバヘッド時間がかかる．

  13. 7.2.2 割り込みの調停 • 複数の割り込み要求を同時にこなすことはできないので，それらから一つを選択する必要がある． これを行うのがアービタ（arbiter,調停器）である． 同じ優先度の割り込み要求は優先度毎に決められたランダムアービタに繋ぎ込まれ，その中からランダムに一つを選ぶ． プライオリティエンコーダは，これらの中から優先度の最も高いものを選び，それをエンコードしてＣＰＵに送る． ＣＰＵが割り込みを許可すれば，周辺機器とＣＰＵ間でデータ転送が起きる．

  14. デイジーチェイン方式のアービタ • 簡便なアービタ．コントローラから割り込み要求を送り，最初に許可信号をもらったデバイスが割り込み権を獲得する． 欠点：ＣＰＵから近いデバイスが権利を取りやすいため，優先度の低いデバイスが処理を進められなくなる可能性がある．

  15. 7.2.4 DMA • Direct Memory Access 最も高速なデータ転送の方法

  16. DMA Controller • ＤＭＡ転送を司る装置． • 以下の動作を行う

  17. 7.3 例外処理

  18. 7.3.1 例外の要因

  19. 7.3.2 例外処理の手順 入出力に伴う割り込みは，例外処理を引き起こす．ここでは割り込みにとらわれず，一般的な例外処理の説明をする．

  20. 本日の講義の範囲 コンピュータ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　デバイス デバイス コントローラ

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