Решение конфликтов по управлению

Эти конфликты дают наиболее существенные потери:

- сброс конвейера (наипростейшее решение), однако это снижает производительность, т. к. в программе часты переходы.

Наиболее часты переходы вперед (60-70%). Переходы часто связаны с циклами. Высока вероятность повторных переходов => если хранить протоколы переходов, то их можно предсказать. Если переход 1-й раз выполнен в одном направлении, то вероятнее всего, что и в следующий раз – в том же, а в 3-й, 4-й и т. д. еще вероятнее. Каждому переходу в программе определяется признак (знак), который определяет, правильно или нет угадан предыдущий переход. С каждым циклом этот признак может ув. или ум. Имея 2-хразрядный признак, удается предсказать до 95% следующий переход. В современных процессорах разработаны специальные блоки предсказания переходов, в состав которых входит сверхоперативная память, организованная по ассоциативным признакам (по типу кэш-памяти).

24. Компоненты видеосистемы. Оценка производительности.

Видеосистема требует больших вычислительных затрат. ГК используется для формализации описания "вывод изображения на устройство отображения". Различается:

Типовая видеокарта состоит из четырех основных устройств: памяти, контроллера, ЦАП и ПЗУ.

Видеопамять служит для хранения изображения. От ее объема зависит максимально возможное полное разрешение видеокарты - A x B x C, где A – количество точек по горизонтали, B - по вертикали, и C – количество возможных цветов каждой точки. Например, для разрешения 640x480x16 достаточно 256 кб, для 800x600x256 - 512 кб, для 1024x768x65536 (другое обозначение - 1024x768x64k) - 2 Мб, и т.д. Поскольку для хранения цветов отводится целое число разрядов, количество цветов всегда является степенью двойки (16 цветов - 4 разряда, 256 – 8 разрядов, 64k - 16, и т.д.).

Видеоконтроллер отвечает за вывод изображения из видеопамяти, регенерацию ее содержимого, формирование сигналов развертки для монитора и обработку запросов центрального процессора

ЦАП (цифроаналоговый преобразователь, DAC) служит для преобразования результирующего потока данных, формируемого видеоконтроллером, в уровни интенсивности цвета, подаваемые на монитор.

Видео-ПЗУ (Video ROM) - постоянное запоминающее устройство, в которое записаны видео-BIOS, экранные шрифты, служебные таблицы и т.п. ПЗУ не используется видеоконтроллером напрямую - к нему обращается только центральный процессор, и в результате выполнения им программ из ПЗУ происходят обращения к видеоконтроллеру и видеопамяти. На многих современных картах устанавливаются электрически перепрограммируемые ПЗУ (EEPROM, Flash ROM), допускающие перезапись пользователем под управлением специальной программы из комплекта карты.

ПЗУ необходимо только для первоначального запуска адаптера и работы в режиме MS DOS, Novell Netware и других ОС, работающих преимущественно в текстовом режиме;

Производительность видеоподсистемы определяет скорость обработки графической информации, выводимой на дисплей компьютера. По-настоящему объективных критериев оценки производительности видеокарт сегодня, к сожалению, не существует: и тесты, и многие игры, используемые для тестирования видеокарт, оптимизированы под видеочипы того или иного производителя и, тем самым, грешат некоторой тенденциозностью.

Прерывание – это событие, которое заставляет процессор приостановить текущую работу. Механизм прерываний необходим. Без него процессору пришлось бы постоянно проверять, не требует ли обслуживания какое-либо устройство. Механизм прерываний позволяет периферийным устройствам «обращать на себя внимание» процессора по мере надобности. Механизм прерываний состоит в том, что текущая работа процессора может быть приостановлена на некоторое время одним из сигналов, который указывает на возникновение ситуации, требующей немедленной обработки.

Система прерываний служит для инициации различных процессов. Прерывания формируются системными устройствами, самим процессором, периферийными устройствами (вв./выв.). Инициатор запроса выставляет сигнал-запрос. В системе должно быть устройство – контроллер прерываний, который эти запросы воспринимает. Далее начинает работать механизм приоритетов:

- между запросом и текущим состоянием системы;

- между самими запросами (связано с текущим состоянием системы).

Бывают различные запросы: по переключению или по уровню. По переключению надо учитывать, что импульс имеет некоторую длительность, линия может использоваться только одним инициатором => каждому источнику требуется свой символ. В случае запроса по уровню линия может использоваться несколькими инициаторами, но это не позволит определить источник запроса (это используется в PCI). Но это экономит число линий запроса прерываний. Сейчас этот способ (по уровню) считается прогрессивным. От контроллера прерываний сигнал идет процессору. Если он "согласен", то переходит к подпрограмме прерывания.

- сохранение всех параметров текущего процесса, чтобы к нему можно было вернуться по завершению подпрограммы прерывания: рабочие регистры, служебные регистры, регистры управления (в системах с разделением памяти);

- процессору (его системе дешифрации команд) передается вектор новой подпрограммы прерываний. Самый простой способ – контроллеру прерываний генерировать адрес подпрограммы прерывания, но это невозможно (все программы в памяти "перемещаются"). Вектор указывает на ячейку памяти, где находится адрес подпрограммы прерывания. Прерывания BIOS – 256 ячеек. Для ускорения процесса таблица векторов располагается в кэше.

После выполнения подпрограммы возвращаются все параметры прерванного процесса. Но здесь происходит проигрыш при восстановлении конвейера.

Среднее время реагирования на инициализацию и выполнение процесса для прерываний меньше, чем при программном опросе.

Запрос на обработку процессором. При получении прерывания процессор приостанавливает свои операции, сохраняет текущее состояние и передает управление специальной программе (обработчику прерывания), содержащей команды для обработки ситуации, вызвавшей это прерывание.

Для реализации прерываний используется контролер прерываний процессора.

В зависимости от состояния процессора, либо он немедленно обслуживает прерывание, либо помещает прерывание в очередь для обслуживания позднее – для этого используется таблица обработчиков прерываний процессора.

На рисунке описывается типичный ход обслуживания прерывания. Контроллер устройства генерирует сигнал прерывания на шине процессора, который обрабатывает контроллер прерываний процессора. Этот сигнал служит причиной для CPU для выполнения кода в объекте-прерывании, зарегистрированном для прерывания. Этот код, в свою очередь, вызывает вспомогательную функцию Kilnterrupt Dispatch. KilnterruptDispatch вызывает ISR драйвера, которая запрашивает DPC.

DMA (Direct Memory Access) – режим прямого доступа к памяти, особый режим работы устройств,
при котором устройства пишут в память и читают из памяти без участия центрального процессора.
Это позволяет во многих случаях очень сильно повысить производительность. В этом режиме активным устройством является контроллер прямого доступа к памяти (КПДП). Процессор, получив от КПДП заявку на прямой доступ, прерывает свою работу и отключается от интерфейса, передавая его задатчику, т.е. КПДП. Процессор при этом не выполняет контекстного переключения, а может продолжать свою работу, если она не требует интерфейса. Управление интерфейсом переходит к КПДП, который посредством выполнения операций чтения и записи передает информацию между ОЗУ и ПУ с соответствующим заданием адресов памяти. В этом режиме используется механизм задания уровня приоритетов для тех ПУ, которые работают с прямым доступом к памяти. Этот режим также должен быть предусмотрен в интерфейсах.

Это доступ без участия процессора между устройствами вв./выв. и памятью, между отдельными блоками памяти.

Центральный процессор и др. устройства должны уметь отключаться при ПДП. Для этого – запрос и ответ. Процесс инициируется по сигналу ПУ. Как только разрешен ПДП, шиной начинает управлять контроллер ПДП. При этом отключается адресация ПУ. При обмене между блоками памяти используется 2 адреса – источник и приемник. Этот процесс инициируется процессором. Запускать обмен может таймер: цикл чтения и цикл записи (2 цикла). Так было раньше почти во всех процессорах. В настоящее время, как такового, контроллера ПДП почти не стало.

Для осуществления прямого доступа к памяти контроллер должен выполнить ряд последовательных операций:

· принять запрос (DREQ) от устройства ввода-вывода;

· сформировать запрос (HRQ) в процессор на захват шины;

· принять сигнал (HLDA), подтверждающий захват шины;

· сформировать сигнал (DACK), сообщающий устройству о начале обмена данными;

· выдать адрес ячейки памяти, предназначенной для обмена;

· выработать сигналы (MEMR, IOW или MEMW, IOR), обеспечивающие управление обменом;

· по окончании цикла DMA либо повторить цикл DMA, изменив адрес, либо прекратить цикл.

При прямом доступе к памяти процессор и контроллер DMA по очереди управляют локальной магистралью. Это, конечно, несколько снижает производительность процессора, так как при выполнении некоторых команд или при чтении очередной порции команд во внутренний кэш он должен поджидать освобождения магистрали, но в целом производительность вычислительной системы существенно возрастает.

При подключении к системе нового устройства, которое умеет использовать прямой доступ к памяти, обычно необходимо программно или аппаратно задать номер канала DMA, к которому будет приписано устройство. В отличие от прерываний, где один номер прерывания мог соответствовать нескольким устройствам, каналы DMA всегда находятся в монопольном владении устройств.

27. Устройства ввода-вывода: адресация, организация доступа.

Использование механизма прерываний позволяет разумно загружать процессор в то время, когда устройство ввода-вывода занимается своей работой. Однако запись или чтение большого количества информации из адресного пространства ввода-вывода (например, с диска) приводят к большому количеству операций ввода-вывода, которые должен выполнять процессор. Для освобождения процессора от операций последовательного вывода данных из оперативной памяти или последовательного ввода в нее был предложен механизм прямого доступа внешних устройств к памяти – ПДП или Direct Memory Access – DMA. Прямой доступ к памяти (DMA) - это метод непосредственного обращения к памяти, минуя процессор. Процессор отвечает только за программирование DMA: настройку на определенный тип передачи, задание начального адреса и размера массива обмениваемых данных. Обычно DMA используется для обмена массивами данных между системной памятью и устройствами ввода-вывода.

Обмен данными между процессором и устройствами ввода-вывода осуществляется по системной шине, "хозяином" которой является процессор. При использовании контроллера DMA на время обмена данными он должен получить управление системной шиной, т.е. стать ее "хозяином". По окончании обмена подсистема DMA возвращает процессору право управления шиной.

Распространены два типа контроллеров DMA - контроллеры для IBM PC/XT и контроллеры для IBM AT. Вначале мы расскажем о первом типе контроллеров, затем займемся контроллером DMA компьютера IBM AT.

Контроллер прямого доступа для IBM PC/XT реализован на базе микросхемы Intel 8237A и содержит четыре канала.

Архитектура компьютера PC AT включает в себя подсистему DMA, состоящую из двух контроллеров DMA Intel 8237, регистра старшего адреса DMA и регистров страниц DMA. Эти контроллеры обеспечивают 7 каналов DMA.

Система обеспечивает передачу данных по каналам DMA как по одному байту за цикл DMA, так и по два байта за цикл, исходя из возможностей архитектуры процессора (двухбайтной шины данных). Чтобы сохранить преемственность подсистемы DMA в PC AT с аналогичной подсистемой в PC XT каскадирование "байтного" контроллера DMA с распределением каналов XT осуществляется через "словный" контроллер DMA.

Для осуществления прямого доступа к памяти контроллер должен выполнить ряд последовательных операций:

· принять запрос (DREQ) от устройства ввода-вывода;

· сформировать запрос (HRQ) в процессор на захват шины;

· принять сигнал (HLDA), подтверждающий захват шины;

· сформировать сигнал (DACK), сообщающий устройству о начале обмена данными;

· выдать адрес ячейки памяти, предназначенной для обмена;

· выработать сигналы (MEMR, IOW или MEMW, IOR), обеспечивающие управление обменом;

· по окончании цикла DMA либо повторить цикл DMA, изменив адрес, либо прекратить цикл.

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

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

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

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

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