【软考】中断方式、DMA、寻址、编址

# 中断方式、DMA
中断方式与 DMA 方式都可以实现外设与 CPU 之间的并行工作，都是解决 **CPU 与 慢速 I/O 设备速度不匹配** 问题的方案

问题背景：
CPU 极快，硬盘 / 键盘 / 网卡极慢，如果 CPU 一直等设备准备好，就是 **轮询** 就比较浪费。

中断方式
设备准备好了，主动通知 CPU。打扰 CPU 干活

```txt
CPU 发出I/O请求
       ↓
CPU 去干别的事（执行其他程序）
       ↓
设备准备好了 → 发出中断信号
       ↓
CPU 暂停当前工作，保存现场
       ↓
CPU 处理中断（传输数据）
       ↓
CPU 恢复现场，继续之前的工作
```

- 每次中断都需要 CPU 亲自参与数据传输
- 适合 **数据量小、不频繁** 的设备，如，键盘 鼠标
- 每次传输一个字 / 字节 就中断一次，数据量大时中断太频繁，CPU 开销大
- 需要 CPU 保护现场

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DMA，Direct Memory Access 直接内存访问
加一个专用硬件（DMA 控制器），让它代替 CPU 管数据传输，CPU 完全不参与中间过程。不打扰 CPU 干活

```txt
CPU 告诉DMA控制器：
    数据在哪、传到哪、传多少
       ↓
CPU 去干别的事
       ↓
DMA控制器 自己完成整块数据传输
（直接在内存和设备之间搬运，不经过CPU）
       ↓
传完了 → 发一次中断通知CPU
       ↓
CPU 只做收尾工作
```

- CPU 只在 **开始和结束** 介入，中间完全不管
- 适合 **数据量大** 的设备，如，硬盘、网卡、显卡
- 传输期间会占用内存总线，可能和 CPU 争用总线
- 不需要 CPU 保护现场，因为 DMA 传输数据时，CPU 根本没有被打断，他一直在正常执行程序，只是总线暂时被 DMA 占用而已
- DMA 和 CPU 的分工：
	- DMA 占用 **总线 + 内存** 来搬数据
	- CPU 继续用 **寄存器 +ALU** 做运算

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错题
设机器字长为 64 位，存储器的容量为 128MB，若按字节编制，它可寻址的单位个数为：？

机器字长 64 位（1 个字 = 8 字节），按字节编址，意味着每一个独立的地址对应的是 1 个字节（8bit） 的数据

按字节编制，那么 1 个寻址单位 = 1 字节（Byte）
1 MB= 2^20 字节，128= 2^7， 所以总字节数 2^7 x 2^20 = 2^27 字节

如果按 字 编址，先将字长转换为字节：64 位 = 8 字节
再用总容量除以字长：128 MB / 8 B = 16 M

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1 Byte（字节） = 8 bit（位/ 比特）
字节：Byte / B
位：bit / b

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# 存储容量、编址方式、地址范围

在一个容量为 128KB 的 SRAM 存储芯片上，按字长 32 位编址，其地址范围可以从 0000H 到（）？

存储总容量：128KB，按 字长 32 位编址，起始地址 0000H
按字编址：1 字节 B = 8 位 bit，所以 32 位的字 = 4 B，总容量 128KB，那么有 128KB / 4B=32 K
地址从 0 开始计数，所以如果有 32 个单元，那么 地址个数 = 32K=2^5 x 2^10 =2^15 个
最大地址 = 总容量（Byte）/ 编址单位（Byte）- 1
将 2^15-1 转换为十六进制：7FFFH

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