Программно-управляемый ввод-вывод: структура программных и аппаратных средств.

Данный режим характеризуется тем, что все действия по вводу/выводу реализуются командами прикладной программы. Наиболее простыми эти действия оказываются для "всегда готовых" внешних устройств, например индикатора на светодиодах. При необходимости ВВ в соответствующем месте программы используются команды IN или OUT. Такая передача данных называется синхронным или безусловным ВВ.

Однако для большинства ВУ до выполнения операций ВВ надо убедиться в их готовности к обмену, т.е. ВВ является асинхронным. Общее состояние устройства характеризуется флагом готовности READY, называемым также флагом готовности/занятости (READY/BUSY). Иногда состояния готовности и занятости идентифицируются отдельными флагами READY и BUSY, входящими в слово состояния устройства.

Процессор проверяет флаг готовности с помощью одной или нескольких команд. Если флаг установлен, то инициируются собственно ввод или вывод одного или нескольких слов данных. Когда же флаг сброшен, процессор выполняет цикл из 2-3 команд с повторной проверкой флага READY до тех пор, пока устройство не будет готово к операциям ВВ (рис. 3.10). Данный цикл называется циклом ожидания готовности ВУ и реализуется в различных процессорах по-разному.

Рис. 3.10. Цикл программного ожидания готовности внешнего устройства

Основной недостаток программного ВВ связан с непроизводительными потерями времени процессора в циклах ожидания. К достоинствам следует отнести простоту его реализации, не требующей дополнительных аппаратных средств.

Устройства ввода-вывода (УВВ) или внешние устройства (ВУ) — технические средства для передачи данных извне в МП или память либо из МП или памяти во внешнюю среду. Для подключения ВУ необходимо привести их сигналы, форматы слов, скорость передачи и т. п. к стандартному виду, воспринимаемому данным МП. Это выполняется специальными блоками, называемыми адаптерами (интерфейсными блоками ввода-вывода). Напомним, что интерфейсом называют совокупность аппаратных и программных средств, унифицирующих процессы обмена между модулями системы.

1.При определённых интенсивностях запросов и времени обработки такая система даёт обслуживание по окружности. (Кого обслужили, встаёт последним).Выгодно, когда нет явных предпочтений на исполнение какого-либо из запросов.

2.При выборе приоритет повышается, а остальные запрещены

3.Схема такая же, но всегда обслуживаются запросы с абсолютными приоритетами.

Приоритет запросов меняется со временем. Во всех системах, где используются приоритеты, имеется система управления приоритетами или запросами. Самый простой механизм – маскирование. При маскировании каждому триггеру запроса прерываний ставится программно доступный триггер разрешения прерывания. Немаскируемые прерывания запретить нельзя, они нужны при аварийных ситуациях. Система выборки может быть реализована программно и аппаратно.

Программная реализация (алгоритм выборки): Аппаратная реализация:

Повышение скорости обработки запросов прерываний.

Все запросы прерываний попадают в 1 рег. запросов, кот. программно доступен,т.е. не нужно смотреть все регистры. Это понижает долю программной составляющей и повышает аппаратную.

Процессор должен уметь считывать код с приоритетного шифратора. В ЦП поступает номер прерывания, этот номер преобразуется в адрес.

Процедуры обработки: (Адрес прогр. обраб.=f(кода N прерывания))

2.Адр. подрогр.=2^N*код N запроса (простой сдвиг). Получаем память с несколькими точками входа. Под все программы обработки отводится определённое число байт. В Intel 8086-сдвиг на 3 разряда.

3.Сущ. косвенная адресация, т.е. мы получаем адрес адреса перехода, при этом аппаратура становится min необходимой.

В системах, где поиск и переход на подпрограмму обработки прерываний происходит на аппаратном уровне, устройство, запрашивающее прерывание должно выработать идентифицирующий себя код, а МП д. иметь встроенные средства преобразования кода в адрес первой команды программы обработки. При этом, описание точки входа программы обработки – это вектор.

Вопросы сохранения состояния прерванной программы:

Сохранять можно либо в памяти, либо в спец.регистрах; аппаратным способом или программным.

1) Сохраняем в регистрах за счёт устройств управления. В таком варианте все рег. должны иметь двойника. Достоинства: скорость переключения с одних рег. на др.=0. Недостатки:аппаратные затраты самые большие.

2)Сохранение в оперативке, делается программным путём. Чтобы перейти на подрограмму, нужно изменить счётчик команд (рег. IP).Надо сохранять аппаратно. После чего переходим на подпрограмму, где вручную сохраняем все остальные регистры. Так делалось в пр-ах Intel 86.

Более удобный механизм – использование стековой памяти. В защищённом режиме пр-ров Intel стек не организуется, используется сегмент состояния задачи (содержимое всех рег. переписывается в этот сег. аппаратным способом).

Восстановление состояния прерванной задачи:

31, 32. Внепроцессорный обмен: общая идея и режимы обмена. Внепроцессорный обмен: основные подходы к управлению КПДП и организации передачи данных.

Общая идея заключается в том, что передача данных между отдельными частями системы происходит без участия процессора. При этом возможна передача данных двух типов:

а) Организация межпроцессорного обмена в системах с общей шиной.

б) Организация межпроцессорного обмена в системах с общей памятью.

Если обмен идет между памятью и портом ввода – вывода, то такой обмен называется прямым доступом к памяти (ПДП).

Если обмен между двумя устройствами, то обмен называется прямой передачей данных.

Прямой доступ к памяти осуществляется под контролем специального устройства, который получил название контроллера ПДП.

В такой структуре контроллер ПДП (КПДП) должен:

КПДП не может самостоятельно принять решение о моменте передачи данных., количестве и месте их расположения в памяти. Эта информация записывается в КПДП программным путем (с использованием программы вв/выв).

В этом отношении КПДП можно рассматривать двояко:

а) в режиме программирования он является портом вв/выв.

б) в режиме передачи данных является устройством, управляющим системной шиной.

КПДП выставляет сигнал запроса шины. Процессор по окончании цикла обмена на шине вырабатывает сигнал разрешения ПДП и переводит свои выходы на СШ в третье состояние.

Здесь могут быть следующие режимы передачи:

Контроллер ПДП захватывает шину на один цикл, после чего ее отдает.

Может быть такая ситуация, что контроллер еще один цикл вставит.

При организации цикла, при передаче данных возникают некоторые проблемы, которые связаны с тем, что системная шина рассчитана на передачу данных между одним активным и другим пассивным, а нам в режиме ПДП нужно организовать обмен данными между двумя пассивными. Проблема заключается в том, что мы не можем в одном цикле вставить два адреса. Самый простой путь, если КПДП активный, то организовать передачу данных через КПДП, либо передачу данных делать двухцикловой.

ПЛЮС такой передачи заключается в том, что мы можем организовать передачу данных между любыми устройствами, подключенными к системной шине стандартным способом.

- невозможность достигнуть максимальной скорости передачи данных.

Второй путь – организация одно-цикловых передач. Надо каким-то образом обеспечить выбор ячейки памяти и внешнего устройства. Это можно сделать, если выбор внешнего устройства осуществлять напрямую по отдельным линиям КПДП.

ПДП уже не имеет адресный селектор, а выбирается напрямую сигналом “выбор”.

Адрес не имеет явного признака принадлежности к ВУ или ЗУ, но воспринимается адресными селекторами, но устройство выбирается с помощью сигналов чт ЗУ,зп ЗУ, чт ВУ, зп ВУ.

КПДП вырабатывает два сигнала: зп ЗУ, чт ВУ и наоборот.

Сигналы чт ВУ и зп ВУ, идущие от КПДП подключаются к ШУ от ПВВ.

33. Общие подходы к повышению производительности однопроцессорных систем.

Методы повышения производительности могут быть разделены:

1.расспараллеливание операций (процессов), протекающих в системе. Для этого необходимо иметь в системе самостоятельные узлы, которые могли бы выполнять ряд функций, независимо от соседей. Т.е. должна быть децентрализация управления – это, в основном, единственный путь повышения. Пример: система внепроцессорного обмена в момент передачи данных – это децентрализация. (Напр., механизм развёртки в ЭЛТ).

2.можно у системы отнять управление периферийными устройствами

34. Методы повышения производительности систем на расчетных задачах.

Можно увеличить функциональные возможности машины. Для этого мы можем создать функциональный модуль, который будет выполнять какую-то определенную задачу, и которая будет работать параллельно с процессором. В результате данная задача будет эффективно выполняться. Взаимодействие данного модуля с процессором, будет носить командный характер: ЦП передал команду, функциональный модуль ее выполнил.

- модуль вычисления математических функций (можно его назвать математический сопроцессор).

С точки зрения выполнения функциональных расширителей, функциональные модули могут подключатся к системе следующими способами:

1) Модуль функционального расширения, который подключается к системе, как устройство вв/выв (может работать в режиме прямого доступа).

Программа работы данного устройства следующая:

2) К системе подключается расширитель команд.

Идея состоит в следующем: поскольку идея не новая то она не требует специального оборудования. Как правило, во всех машинах при кодировке кода операции число команд меньше, чем число операций, т.е. не используется полностью заполнение при такой кодировке команд. Например 8 разрядов отводится под код операции, а 256 (2⁸) операций в машине нет. Отсюда вводится понятие запрещенная команда (вырабатывается внутреннее прерывание).

Мы берем код, который не занят, и занимаем его, например код sin. Далее мы пишем программу по обработке sin и программу по обработке этой запрещенной команды. По терминологии Intel, расширитель команд называется Coprocessor. Intel 8087 – сопроцессор для Intel 8086. 8087 подключается параллельно по всем линиям.

1) Режим подслушивания: 8087 следит за ШД – проверяет, что за команда читается ЦП в цикле чтения команды и сортирует: “моя – не моя”. Свою команду забирает, просит доступ к шине из CPU (WAIT) – программа проверки занятости сопроцессора – для 286. Функциональным расширителем может быть не только математический сопроцессор (загнать в ROM таблицу Брадхена и подключить его как ВУ).

2) Подключить как дополнительный блок АЛУ (акселератора) это можно было сделать раньше, но на старых разработках кристалла.

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: