磁盘

        大多数计算机都有磁盘。这只是连接到I/O总线的另一个外围设备。磁盘的任务非常简单；它可以做两件事：存储你发给它的字节，它发送给你之前存储的字节。

        大多数计算机都有磁盘有两个原因。首先，它们能够存储大量字节，比计算机的RAM大很多倍。CPU只能执行RAM中的程序，只能操作RAM中的字节。但永远没有足够的RAM来存储您可能想用计算机做的所有事情。

        计算机有磁盘的第二个原因是，当您关闭电源时，磁盘上存储的字节不会消失。当您关闭计算机时，RAM会丢失其设置，当您重新打开计算机时，所有字节都是0000 0000，但磁盘会保留已写入的所有字节。

        磁盘，顾名思义，是一个圆的东西，旋转很快。它涂有一种容易磁化的材料。磁盘，手臂可以前后摆动，这样磁头可以到达磁盘表面的任何点。如果你通过磁头通电，它可以磁化磁盘表面。此外，它的工作方式与此相反；当磁头经过磁化区域时，磁头周围的导线会产生电流。因此，磁头既可以在磁盘上写入，也可以读取先前写入磁盘的内容。字节的位一个接一个地写入磁盘表面。磁盘的表面被分成一系列环，称为磁道，彼此非常接近。头部可以在表面上移动，并在任何一个轨迹上停止。每个圆形轨道通常被分为短段，称为扇区。由于磁盘有两面，通常两面都涂有磁性材料，每一面都有一个磁头。

        在RAM中，每个字节都有自己的地址。在磁盘上，也有一种定位字节的方法，但它非常不同。您必须指定字节块所在的磁头、磁道和扇区。这就是磁盘上数据的“地址”类型，比如“磁头0，磁道57，扇区15”。在这个地址上，不仅有一个字节，还有一个字节块，通常有几千个。对于本书中的示例，由于我们的RAM太小，我们将讨论存储100字节块的磁盘。

        当读取或写入磁盘时，无法访问字节块中的单个字节。整个块必须转移到RAM，在RAM中工作，然后整个块必须写回磁盘。磁盘旋转得很快，比你桌子上的风扇还快；许多流行的磁盘每分钟旋转7200次，即每秒120次。这相当快，但与CPU相比，它仍然相当慢。在磁盘旋转一次的时间内，时钟将滴答超过800万次，我们的CPU将执行超过100万条指令。

        磁盘和每个外围设备一样，都连接到自己的适配器，而适配器又连接到I/O总线。磁盘适配器可以做一些事情。它接受选择磁头、选择磁道和选择扇区的命令。它接受读取或写入当前选定磁头、磁道和扇区的字节块的命令。也可能会有一个命令，CPU可以在其中检查臂和磁盘的当前位置。

        选择磁头的命令可以立即完成，但当它收到选择磁道的命令时，必须将磁头移动到该磁道，这就指令周期而言需要很长时间。当它收到选择扇区的命令时，它必须等待扇区旋转到磁头所在的位置，这在指令周期方面也需要很长时间。当CPU确定磁头已到达所需的磁道和扇区时，可以执行读或写的I/O命令，每次一个字节将通过I/O总线传输。读取或写入字节块的程序必须继续该过程，直到整个字节块完成。使用我们的简单I/O系统，单个字节在磁盘和CPU寄存器之间移动。正在运行的程序必须将这些字节移入或移出RAM，通常在连续的位置。

        这就是磁盘的全部功能。说到计算机磁盘，在磁盘上写东西叫做写。从磁盘上取出东西叫做读取。将某些东西放入RAM称为写入或存储。从RAM中取出一些东西称为读取或检索。将某些东西放入CPU寄存器通常称为加载。将音乐放在磁盘上有时称为录制，有时称为刻录。听磁盘通常仍被称为播放，但如果您正在将其复制到计算机上，则称为翻录。写入、记录、存储、加载和刻录都意味着几乎相同的事情。阅读、检索、播放和翻录也非常相似。他们的意思相同，只是用词不同而已。

中断

        中断是大多数计算机作为输入/输出系统的一部分。你知道，如果妈妈在厨房里搅拌一壶汤，小乔伊跑进来说“我想要一杯牛奶”，妈妈会放下勺子，走到橱柜，拿一杯，走到冰箱，倒牛奶，递给乔伊，然后她会回到炉子，拿起勺子，继续搅拌汤。汤的搅拌被一杯牛奶打断了，然后汤的搅拌又开始了。

        大多数电脑都有这种东西，它被称为“中断”，它的工作原理与妈妈和乔伊发生的事情非常相似。中断从I/O总线上增加一条导线开始。某些设备适配器使用这条线，让CPU知道现在是CPU执行I/O操作的好时机，就像有人按下键盘上的键之后。当设备适配器打开中断位时，下次步进器返回步骤1时，下一个指令周期不会执行通常的获取和执行，而是执行以下操作：

        该序列的结果是，当前的IAR和标志被保存到RAM地址0和1，并且它们被替换为RAM字节地址2和3的内容。然后CPU返回到其正常的提取和执行操作。但IAR已被替换！因此，下一条指令将从RAM字节2中的任何地址获取。

        换句话说，CPU一直在做的事情被保存下来，CPU被派去做其他事情。如果在这个新活动结束时，程序将RAM字节0和1放回IAR和Flags，那么CPU将在中断之前从它停止的位置恢复。

        这个系统对于处理I/O操作非常有用。如果没有中断，CPU中运行的程序必须确保定期检查I/O总线上的所有设备。有了中断，程序就可以做它设计做的任何事情，处理键盘输入之类的事情的程序将根据中断系统的需要自动调用。

        我们没有把它包括在我们的CPU中，因为它只会使我们的控制部分接线图太大。它需要添加以下内容：步进器再增加两个步骤，布线以代替正常的指令周期，标志寄存器进出总线的路径，将二进制0、1、2或3发送到MAR的方法，以及将RAM字节0和1恢复到IAR和标志寄存器的指令。

        这是一个中断系统。计算机设计者采用了一个现有的动词“中断”，并用了三种方式：它是“键盘中断程序”中的动词，是“这是中断系统”中的形容词，是“CPU执行中断”中的名词。