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マイクロプロセッサ応用 （４）

工学部講義. マイクロプロセッサ応用 （４）. はじめに 講義概要 入出力 例外処理. 坂井　修一 東京大学 大学院 情報理工学系研究科 電子情報学専攻 東京大学 工学部 電気工学科. はじめに. 本講義の目的 マイクロプロセッサのハード・ソフトの基本を実践的に学習する 前半：講義 坂井 （ソフトの基本：機械語プログラミング） 三田先生（ハードの基本） 後半：実習 時間・場所： 火曜日 8 :30 - 10:00、3-31 ホームページ （坂井分：ダウンロード可能）

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マイクロプロセッサ応用 （４）

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  1. 工学部講義 マイクロプロセッサ応用（４） • はじめに • 講義概要 • 入出力 • 例外処理 坂井　修一 東京大学 大学院 情報理工学系研究科 電子情報学専攻 東京大学 工学部 電気工学科

  2. はじめに • 本講義の目的 • マイクロプロセッサのハード・ソフトの基本を実践的に学習する • 前半：講義 • 坂井（ソフトの基本：機械語プログラミング） • 三田先生（ハードの基本） • 後半：実習 • 時間・場所：火曜日 8:30 - 10:00、3-31 • ホームページ（坂井分：ダウンロード可能） • url: http://www.mtl.t.u-tokyo.ac.jp/~sakai/micro/ • 教科書・参考書 • Patterson and Hennessy: Computer Organization and Design:The Hardware/Software Interface 2nd Ed. （邦訳　「コンピュータの構成と設計」（第２版）日経ＢＰ） 東大・坂井

  3. 講義の概要と予定（坂井分） • １．マイクロプロセッサのモデルと命令 • ２．命令とプログラム • ３．アドレス指定方式 • ４．入出力、例外処理等 • 入出力、例外処理 • ５．課題出題 • ２月１５日：　坂井分課題レポート提出期限（仮） 東大・坂井

  4. ４．入出力 • 入出力 • 外部機器とのデータ交換 • 入力のみ：　キーボード、マウス、CD-ROM、スキャナ • 出力のみ：　ディスプレイ、プリンタ • 入出力：　ディスク(IDE, SCSI)、モデム、MO、CD-R、LAN IF • 特徴 • （ふつう）非同期 • CPUのクロックに同期して動いているわけではない • （メモリより）遅い • 転送レート(MB/s)が低い • アクセス時間(ms)が長い • 一度に大量のデータ転送が行われることが多い 東大・坂井

  5. 4.1　入出力操作 • 入出力操作：データ転送の一種 • 専用命令を設ける場合 • CISC的 • in rs port: port番号で指定された機器からの入力 • out rs port: port番号で指定された機器への出力 • メモリマップ入出力 • RISC的 • 入出力機器にメモリアドレスを割り振る • load, store命令で入出力を実現 • DMA (Direct Memory Access) • CPUを介さずにメモリ・入出力機器間でデータを転送する方式 東大・坂井

  6. ４．２　ポーリングと割り込み • 入出力を起動する２つの方式 • ポーリング　(polling) • CPUが定期的に入出力装置の状態を観察し、適当な状態になっていたらデータ転送を行う • 比較的遅い入出力機器に向いた方式：マウスなど • 得失 • ○例外処理が不要 • ×「観察」にプロセッサの処理時間を使ってしまう • 何の要求がないときでも！ • 割り込み (interrupt) • 入出力機器からCPUに直接信号を送り、要求を伝える方法 • CPUには「割り込み」信号線が用意されている • 得失 • ○本当に必要なときだけCPUが入出力の仕事をする • ×例外処理のオーバヘッドが生じる 東大・坂井

  7. ４．３　割り込みの機構 CPU D7-D0 A2-A0 INTA: 割込許可 A2-A0: 割込許可 　　　レベル ③ ④ 例外処理ベクタ デコーダ INTA I7 IACK I ISEL IVEC I6 INT2 A2 I5 INT1 A1 ① I4 INT0 A0 ② I3 割り込み 発生 エンコード してCPUへ 周辺機器 制御装置 I2 I1 0 I0 優先度付き エンコーダー 東大・坂井

  8. ４．４　DMA • DMA: Direct Memory Access • CPUを介さずに入出力機器・メモリの間のデータ転送を行う CPU Ｄ A ① ⑤ ② ⑤ ④ HLDA DMA コントローラ 周辺機器 制御装置 メモリ HOLD ③ 東大・坂井

  9. DMAの手順 • 周辺機器制御装置に手順を指示する • DMA制御装置に操作の指示を行う • DMA制御装置がCPUをホールドする • CPUからDMA制御装置に、自分がホールドしたことを知らせる • 周辺装置制御装置とメモリの間だけでデータ転送 東大・坂井

  10. ５．例外処理 • 例外の原因 • リセット • エラー • バスエラー • アドレスエラー • 特権違反 • 命令実行の例外 • ０除算 • オーバフロー • 未定義命令 • トラップ命令 • 入出力等の割り込み • トレースモード 東大・坂井

  11. 例外処理の手順 • 優先度に従ってどの例外を受け付けるか決める • 実行中の命令を完了し、現在の環境を待避する • 優先度ベクタを受け取り、処理ルーチンを決める • 処理ルーチンの実現 • 復帰 ３以後は、サブルーチンの実行と似ているが、一般に 特権モードで実行される点が違っている 東大・坂井

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