Rappels de cours

Architecture des machines
2003/2004
Joëlle Delacroix
EXERCICES DIRIGES 10-11
BUS
ENTREES / SORTIES
INTERRUPTIONS
Rappels de cours
Le processeur dialogue avec les unités d'échanges via un circuit d'interface ou unité d'échange.
A. Constitution et adressage des unités d'échanges
Une unité d'échange est entre autres
constituée par :
- des registres de données (RD) sui
contiennent les données à écrire
vers les périphériques ou les
données
lues
depuis
les
périphériques
- un registre d'état (RE) qui indique
la disponibilité de chaque registre
de données (prêt / non prêt)
- un registre de commande (RC) qui
indique les caractéristiques de
l'échange lié à chaque registre de
données (lecture / écriture)
commande
état
Logique
de
contrôle
données
Les registres des unités d'échanges peuvent être adressés selon deux manières :
- adressage selon un espace d'adressage unique : les adresses de la mémoire centrale
sont réparties entre cases mémoires et registres des unités d'échanges. Les instructions
d'adressage mémoire sont utilisées pour adresser les registres des unités d'échanges.
- adressage selon un espace d'adressage séparé : les registres des unités d'échanges
disposent d'un espace d'adressage séparé accessible par des instructions d'entrées/sorties
spécialisées (IN / OUT).
B. Mécanisme des interruptions
Une interruption est un événement externe provoquant l'arrêt du traitement courant du processeur
en vue d'exécuter un autre traitement. Le traitement interrompu est repris ultérieurement là où il
avait été arrêté.
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La prise en compte des interruptions peut être interdite : c'est le masquage des interruptions.
Deux instructions machine sont liées à cette opération :
- EI : Enable Interrupt : autorise la prise en compte des interruptions en positionnant le
bit I du registre PSW à 0
- DI : Desable Interrupt : n'autorise pas la prise en compte des interruptions en
positionnant le bit I du registre PSW à 1
La prise en compte d'une interruption s'effectue avant le commencement d'un nouveau cycle
d'instruction.
Le traitement d'une interruption comporte les phases suivantes :
1/ Acquittement de l'interruption , masquage des interruptions, sauvegarde de CO, PSW et
éventuellement des registres généraux, démasquage des interruptions
2/ Calcul de l'adresse de la routine d'interruption, branchement à cette adresse.e et
exécution de la routine d'interruption
3/ Retour de la routine d'interruption par le biais de l'instruction RTI qui restaure le
contexte sauvegardé à l'étape 1.
C. Gestion des transferts entre le processeur et les unités d'échanges
Il existe trois modes de gestion de ces transferts :
- entrées/sorties programmées : le processeur interroge en permanence l'unité d'échange
pour savoir si elle est prête ou non pour un nouveau transfert de donnée.*
- entrées/sorties par interruption : l'unité d'échange signale par une interruption qu'elle
est prête à accepter un nouveau transfert.
- entrées/sorties par DMA : l'unité DMA
Mémoire centrale
(Direct Memory Access) permet à l'unité
d'échange d'accéder seule à la mémoire
AdM
nbO octets
centrale. Une opération d'entrées/sorties
CPU
s'effectue alors selon les étapes suivantes
:
- initialisation du Dma par le
processeur pour décrire l'opération
DMA
@p
nbO
d'entrées/sorties à effectuer
AdM
sens
- transfert des données par le Dma
- émission d'une interruption par le
@p
Dma en fin d'opération
.
Exercices
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Exercice 1
Soit la séquence de code assembleur suivante où Rg désigne un mode d'adressage avec un seul
opérande registre:
SAUVE :
DI
PUSH Rg CO
PUSH Rg PSW
PUSH Rg R0
PUSH Rg R1
PUSH Rg R2
PUSH Rg R3
PUSH Rg R4
PUSH Rg R5
EI
a/ Quel est le rôle des instructions EI et DI ?
b/ Dans quel but ces deux instructions sont-elles utilisées ici ?
c/ Quel(s) événement(s) survenant au niveau du processeur peut (peuvent) provoquer l'exécution
de ce code ?
Exercice 2
a/ Rappelez en quelques lignes le rôle des interruptions dans le mécanisme des entrées-sorties.
b/ On considère une machine admettant 8 niveaux d’interruptions matérielles numérotées de 0 à
7, le niveau d’interruptions 0 étant le plus prioritaire et le niveau 7 le moins prioritaire. Le
processeur dispose de deux broches, une broche INT sur laquelle lui parvient le signal
d’interruption, une broche INTA avec laquelle il acquitte les interruptions. Les 8 niveaux
d’interruptions sont gérés par un contrôleur d’interruptions de type circuit 8259A qui possède
deux registres de 8 bits chacun, lui permettant de gérer les requêtes d’interruptions et leurs
priorités. Le premier registre appelé registre ISR mémorise le niveau d’interruption en cours de
traitement en positionnant à 1 le bit correspondant à l’interruption en cours de traitement. Le
second registre IRR mémorise les interruptions reçues par le contrôleur en positionnant à 1 le bit
correspondant à l’interruption reçue, cette mémorisation durant jusqu’à ce que l’interruption ait
été traitée par le processeur.
Les priorités sur les interruptions fonctionnent de la manière suivante : lorsque le
processeur traite une interruption de niveau i (le bit i du registre ISR est alors à 1), toutes les
interruptions de priorité inférieure ou égale à i parvenant au contrôleur sont mémorisées dans le
registre IRR, mais elles ne sont pas délivrées au processeur. Elles seront délivrées selon leur
ordre de priorité, ultérieurement, dès que le traitement de l’interruption i aura été achevé. Une
interruption de priorité supérieure au niveau i est au contraire délivrée au processeur et
interrompt le traitement de l’interruption i en cours qui est repris ultérieurement, une fois le
traitement de l’interruption plus prioritaire achevé.
b1/ Considérez l’état courant du contrôleur et du processeur donné sur le figure cidessous. Que se passe-t-il ? Que va faire le processeur ?
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b2/ En partant de l’état précédent, décrivez la suite des opérations tant au niveau du
contrôleur (évolution des registres ISR et IRR) que du processeur si l’on considère que
surviennent simultanément au contrôleur les interruptions 1 et 5.
Table des vecteurs
d’interruptions
Mémoire Centrale
0
1
2
3
4
5
6
7
100
ROUTINES
D’INTERRUPTIONS
170
Programme
utilisateur
1023
100
110
120
130
140
150
160
170
Processeur
ecr
lec
Co
1023
bus de données
It 2
bus d’adresses
INTA
INT
Unité
d’échange
0 0 0 0 0 1 0 0
ISR
It 2
7 6 5 4 3 2 1 0
0 0 0 0 0 1 0 0
IRR
Unité
d’échange
7 6 5 4 3 2 1 0
Contrôleur d’interruptions
Unité
d’échange
Exercice 3
On considère une machine disposant d'un espace d'adressage unique. Elle représente les nombres
signés en complément à 2.
Une unité périphérique de type imprimante est considérée. ETAIMP est le registre d'état de
l'imprimante tel que le bit de poids fort de ETAIMP est à 1 si l'imprimante est prête et à 0 sinon.
SORIMP est le registre de données de l'imprimante.
Question 1
L'instruction suivante permet de tester le signe du contenu d'un registre : TESTS Rg1 Reg.
TESTS positionne le bit S du registre d'état PSW.
Que réalise le programme ci-dessous ?
Initialisation des registres RIX et R1
LOAD Im RIX EMPL
LOAD Im R1 80
ATTENTE :
LOAD D R2 ETATIMP
TESTS Rg1 R2
JMPP Im ATTENTE
LOAD Ix R3, 0
STORE D R3, SORIMP
ADD Im RIX, 1
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ADD Im R1, -1
JMPZ Im FIN
JMP Im ATTENTE
FIN : STOP
Question 2
On suppose à présent que la fin de transfert de chaque caractère par l'unité d'échange vers
l'imprimante est signalée par une interruption. Commentez le code ci-dessous en expliquant son
rôle.
DI
ADD Im R1, -1
JMPZ Im FIN
LOAD Ix R3, 0
STORE D R3, SORIMP
ADD Im RIX, 1
FIN : RTI
Exercice 4 (cet exercice est tiré du livre Organisation et Conception des ordinateurs, D.
Patterson – J. Hennessy)
On considère trois périphériques : un souris, une unité de disquette et une unité de disque dur.
Question 1
Les trois périphériques sont gérés par entrées/sorties programmées. Une opération d'interrogation
d'un périphérique coûte 100 cycles horloge. L'horloge processeur fonctionne à une fréquence de
50 MHz.
- La souris doit être interrogée 30 fois par seconde pour être sûr de ne manquer aucun
mouvement de l'utilisateur.
- La disquette transfère des données au processeur par blocs de deux octets et possède un
débit de 50 Ko/seconde.
- Le disque transfère des données au processeur par blocs de quatre octets et possède un
débit de 2 Mo/seconde.
Calculez la fraction de temps processeur consommée pour la gestion de chacun des périphériques
Question 2
On considère à présent que l'unité de disque est gérée par DMA. L'initialisation du DMA par le
processeur nécessite 1000 cycles horloge. Le traitement de l'interruption en fin de transfert DMA
nécessite 500 cycles horloge. Chaque transfert DMA concerne 4 Ko de données et le disque est
actif à 100 %.
Quelle est la fraction de temps processeur consommée par la gestion de l'unité DMA ?
Exercice 5
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On explique dans cet exercice la structure d’un disque dur, en terme de secteurs, pistes, plateaux,
cylindres, etc…
Application 1 :
Un disque comporte 5 plateaux de 2048 pistes chacun. Une piste comporte 1024 secteurs. Un
secteur comporte 512 octets.
Quelle est la capacité du disque en octets.
Application 2 :
Un disque a une capacité de 850 526 208 octets. Il possède 824 cylindres, 32 piste et 63 secteurs
par piste.
Quelle est la taille d’un secteur en octets ?
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