Рассказать описание cd-rom, как элемента пк и сформулировать его функции.???? Сидиром привод или диск ??????
CD-ROM — разновидность компакт-дисков с записанными на них данными, доступными только для чтения (read-only memory — память «только для чтения»). CD-ROM — доработанная версия CD-DA (диска для хранения аудиозаписей), позволяющая хранить на нём прочие цифровые данные (физически от первого ничем не отличается, изменён только формат записываемых данных). Позже были разработаны версии с возможностью как однократной записи (CD-R), так и многократной перезаписи (CD-RW) информации на диск. Дальнейшим развитием CD-ROM-дисков стали диски DVD-ROM.
Определение адаптера.
Адаптер является средством сопряжения какого-либо устройства с какой-либо шиной или интерфейсом компьютера.
Определение контроллера.
Контроллер выполняет такуюже функцию сопряжения как и адаптер, но кроме этого имеет возможность проявлять активность от команд полученных программой его обработки.
Сравнить функции адаптера и контроллера, как элемента пк.
Определение интерфейса.
Интерфейс – совокупность каких либо характеристик, устройств обеспечивающих совместную работу либо МП с каким либо ПУ, либо каких либо других ПУ с МП.
Совокупность характеристик:
Электронные характеристики
Временные частотные характеристики
Конструктивные характеристики
Протокол обмена (перечень сигналов без потерь/избытка)
Линии, сгруппированные по функциональному признаку или назначению, называют шинами интерфейса. Совокупность всех линий образует магистраль интерфейса.
Надежность и производительность ЭВМ во многом зависят от характеристик интерфейсов.
Интерфейсы характеризуются следующими параметрами:
1) пропускной способностью интерфейса — количеством информации, которая может быть передана через интерфейс в единицу времени;
2) максимальной частотой передачи информационных сигналов через интерфейс;
3) информационной шириной интерфейса — числом бит или байт данных, передаваемых параллельно через интерфейс;
4) максимально допустимым расстоянием между соединяемыми устройствами;
5) динамическими параметрами интерфейса — временем передачи отдельного слова или блока данных с учетом продолжительности процедур подготовки и завершения передачи;
6) общим числом проводов (линий) в интерфейсе.
В настоящее время не существует однозначной классификации интерфейсов. Можно выделить следующие четыре классификационных признака интерфейсов:
способ соединения компонентов системы (радиальный, магистральный, смешанный);
способ передачи информации (параллельный, последовательный, параллельно-последовательный);
принцип обмена информацией (асинхронный, синхронный);
режим передачи информации (двусторонняя поочередная передача, односторонняя передача).
Сформулировать понятие и пример временных параметров интерфейса.
Сформулировать понятие и пример электрических параметров интерфейса.
Сформулировать понятие и пример конструктивных параметров интерфейса.
Сформулировать понятие и пример набора управляющих сигналов интерфейса.
Самый распространенный способ передачи данных сигналами
Сформулировать понятие и пример протокола обмена данными интерфейса.
Интерфейс магистрали реализует протоколы обмена (связь по определенным правилам) ЦП с памятью, каналами (контроллерами) ввода/вывода и другими активными устройствами системы ЭВМ. Обмен осуществляется с помощью шин данных, адреса и управления.
Сформулировать понятие и пример шины, как элемента ПК и сформулировать их функции.!
Физически шина – магистраль из гальванических проводников.
От устройств компьютера было бы мало толку, если бы они не могли обмениваться между собой информацией. Другими словами, в распоряжении системы имеется несколько линий, которые связывают ее элементы между собой. Эти линии обена данными называют шиной (Bus).
Устрйства, подключаемые к шине, разделяются на два основных типа: bus masters и bus slaves. Bus masters - это устройства, способные управлять работой шины, то есть инициировать запись/чтение и т. п. Bus slaves - соответственно, устройства, которые могут только отвечать на запросы.
Важнейшей характеристикой шины является ее разрядность, которая определяет количество данных, передаваемых по шине одновременно (за один такт). Чем больше разрядность шины, тем больше ее производительность, хотя, правда, это и не всегда так, так как количество передаваемой в секунду информации зависит еще и от собственно ее частоты. По назначению шины можно разделить на три категории:
Шина данных
Адресная шина
Шина управления
Шина данных
По этой шине происходит обмен дпнными между процессором, картами расширения и памятью. Особую роль здесь играет так называемый DMA-контроллер (Direct Memoy Access), через который происходит управление транспортировкой данных, минуя процессор. Такой способ хорош тем, что освобождает ресурсы CPU для других нужд.
Адресная шина
Данные, которые в большом количестве кочуют по шине через материнскую плату, должны, в конце концов, сделать где-нибудь помежкточную остановку. Местом для этой остановки являются отдельные ячейки памяти. Каждая ячейка должна иметь свой адрес. Следовательно, объем памяти, который может адресовать процессор, зависит от разрядности адресной шины. Его можно вычислить по формуле:
Объем адресуемой памяти = 2n, где n - число линий в адресной шине.
Процессор 8088, например, имел в своем распоряжении 20 адресных линий и, таким образом, мог адресовать всего 1 Mb памяти (220=1048576)
Шина управления
В качестве конечных пунктов системной шины можно рассматривать слоты расширения, интегрированные на материнскую плату контроллеры и прочее. Все эти устройства соединены между собой шиной управления. От ее производительности во многом зависит производительность всей системы, и чем больше тактовая частота и разрядность этой шины, тем лучше. Внешний вид слотов расширения, которые установлены на материнской плате, зависит именно от типа шины управления.
Сформулировать понятие и пример: разрядность шины.
Разрядность - это количество битов, которое можно передать по шине за 1 единицу времени одновременно. Физически это число параллельных проводников в шине, по которым передаются данные в память и обратно. Она напрямую зависит от частоты работы памяти и от разрядности шины.
Сформулировать понятие и пример: тактовая частота шины.
Тактовая частота шины определяется по возможностям чипсета и всех абонентов шины. Высокая частота 66 МГц может устанавливаться тактовым генератором только при высоком уровне на линии M66EN. Таким образом, установка любой карты, не поддерживающей 66 МГц (с заземленным контактом В49), приведет к понижению частоты, шины до 33 МГц. Серверные системные платы, на которых имеется несколько шин PCI, позволяют использовать на разных шинах разные частоты (66 и 33 МГц). Так, например, можно на 64-битных слотах использовать частоту 66 МГц, а на 32-битных - 33. Разгон нормальной частоты 33 МГц до 40-50 МГц аппаратно не контролируется, но может приводить к ошибкам работы карт расширения.
Характеристика шины ISA.Разрядность, тактовая частота, производительность.
ISA - 8- или 16-разрядная шина ввода/вывода IBM PC-совместимых компьютеров. Служит для подключения плат расширения стандарта ISA. Конструктивно выполняется в виде 62-х или 98-контактного разъёма на материнской плате.
8-разрядная шина, которую можно встретить в компьютерах ХТ-генерации. Она имеет 62 линии, контакты которых можно найти на ее слотах. Они включают 8 линий данных, 20 линий адреса, 6 линий запроса прерываний. Шина функционирует на частоте 4.77 MHz. 8-разрядная шина ISA - самая медленная из всех системных шин
16-разрядная шина (AT-Bus) Если вы посмотрите на ее слоты, то увидите, что они состоят из двух частей, из которых одна (большая) полностью копирует 8-разрядный слот. Дополнительная же часть содержит 36 контактов (дополнительные 8 линий данных, 4 линии адреса и 5 линий IRQ плюс контакт для нового сигнала SBHE). На этом основании короткие 8-разрядные платы можно устанавливать в разъемы новой шины (сделать это наоборот, невозможно)
Характеристика шины AGP. Разрядность, тактовая частота, производительность.
AGP (ускоренный графический порт) — разработанная в 1997 году компанией Intel, специализированная 32-битная системная шина для видеокарты.
работа на тактовой частоте 66 МГц (Скорость передачи данных до 532 Mb/s,)
увеличенная пропускная способность;
режим работы с памятью DMA и DME ((.Direct in Memory Execute) — в этом режиме основная и видеопамять находятся как бы в общем адресном пространстве. Общее пространство эмулируется с помощью таблицы отображения адресов (англ. Graphic Address Remapping Table, GART) блоками по 4 Кб. Таким образом копировать данные из основной памяти в видеопамять уже не требуется, этот процесс называют AGP-текстурированием.)
разделение запросов на операцию и передачу данных;
возможность использования видеокарт с большим энергопотреблением, нежели PCI
AGP 8X
В ноябре 2000 года Intel выпустила предварительную версию (draft) следующего варианта AGP шины - 8X. Основная идея - увеличение полосы пропускания до 8х4=32 байт за один такт системной шины. Это означает, что скорость передачи данных на шине возрастет до 2-х Гигабайт в секунду.
Характеристика шины PCI. Разрядность, тактовая частота, производительность.
PCI (взаимосвязь периферийных компонентов) — шина ввода/вывода для подключения периферийных устройств к материнской плате компьютера.
Стандарт на шину PCI определяет:
физические параметры (например, разъёмы и разводку сигнальных линий);
электрические параметры (например, напряжения);
логическую модель (например, типы циклов шины, адресацию на шине).
Спецификация шины PCI
частота шины — 33,33 или 66,66 МГц, передача синхронная;
разрядность шины — 32 или 64 бита, шина мультиплексированная (адрес и данные передаются по одним и тем же линиям);
пиковая пропускная способность для 32-разрядного варианта, работающего на частоте 33,33 МГц — 133 Мбайт/с;
адресное пространство памяти — 32 бита (4 байта);
адресное пространство портов ввода-вывода — 32 бита (4 байта);
конфигурационное адресное пространство (для одной функции) 256 байт;
напряжение 3,3 или 5 В.
Шина децентрализована, нет главного устройства, любое устройство может стать инициатором транзакции. Для выбора инициатора используется арбитраж с отдельно стоящей логикой арбитра. Арбитраж «скрытый», не отбирает времени — выбор нового инициатора происходит во время транзакции, исполняемой предыдущим инициатором.
Рассказать описание видеоконтроллера, как элемента ПК и сформулировать их функции.
Видеоконтроллер — специализированная микросхема, являющаяся главным компонентом схемы формирования видеоизображения в компьютерах и игровых консолях. Некоторые видеоконтроллеры также имеют дополнительные возможности, например, генератор звука.
Рассказать описание контроллера НГМД, как элемента ПК и сформулировать их функции.
Смотри 10 билет
Рассказать описание контроллера НЖМД, как элемента ПК и сформулировать их функции.
Смотри 9 билет
Рассказать описание BIOS, как элемента ПК и сформулировать их функции.
BIOS (англ. Basic Input-Output System — базовая система ввода-вывода, БСВВ) — программа, находящаяся в ПЗУ (постоянном запоминающем устройстве) персонального компьютера и исполняющаяся при включении питания. Главная функция BIOS — подготовить компьютер к тому, чтобы основное программное обеспечение (в большинстве случаев это операционная система), записанное на различных носителях (жёсткий диск, дискета или компакт-диск) либо доступное через сеть, могло стартовать и получить контроль над компьютером.
Сформулировать определение базовой системы ввода-вывода.
BIOS (англ. basic input/output system — «базовая система ввода-вывода») — реализованная в виде микропрограмм часть системного программного обеспечения, которая предназначается для обеспечения операционной системы API (Интерфейс программирования приложений) доступа к аппаратуре компьютера и подключенным к нему устройствам.
Сформулировать описание секции BIOS инициализация процессора.
Сформулировать описание секции BIOS проверка контрольной суммы ROM BIOS.
Сформулировать описание секции BIOS проверка и включение канала управления звуком- встроенного динамика.
Сформулировать описание секции BIOS проверка регенерации памяти.
Сформулировать описание секции BIOS проверка нижней памяти ОЗУ.
Сформулировать описание секции BIOS загрузка векторов прерывания и стека в нижнюю память.
Сформулировать описание секции BIOS инициализации видеотракта.
Сформулировать описание секции BIOS тестирование полного объема ОЗУ.
Сформулировать описание секции BIOS определение наличия, тестирование и инициализация контролеров и адаптеров.
Сформулировать описание секции BIOS передача управления загрузчику.
Сформулировать понятие пространство ввода-вывода.
Система ввода-вывода, т.е. комплекс средств обмена информацией с внешними устройствами, является важнейшей частью архитектуры процессора и машины в целом. К системе ввода-вывода можно отнести и способы подключения к системной шине различного оборудования, и процедуры взаимодействия процессора с этим оборудованием, и команды процессора, предназначенные для обмена данными с внешними устройствами.
Сформулировать понятие адресация памяти.
Адресация памяти — метод указания на ячейку памяти, к которой производится доступ.
Адресация может быть:
Абсолютная — указывается прямой адрес ячейки памяти.
Сегментная — указывается адрес относительно начала сегмента, в случае, если сегменты отсутствуют или совпадают, эквивалентна абсолютной.
Относительная — указывается смещение относительно какого-либо значения.
Косвенная — указывается адрес ячейки, содержащей адрес необходимой ячейки.
Индексная — указывается адрес начала массива, размер элемента и порядковый номер элемента в массиве.
Непосредственная — указывает на определённое число, константу
Регистровая — указывает на определённый регистр РОН (регистры общего назначения).
Стековая — с использованием специального регистра - указателя стека (SP - Stack Pointer). Используется для занесения операндов в стек в одном порядке и извлечения в обратном порядке.
Неявная — регистр источник или регистр приёмник подразумевается в самом коде операции.
Все виды адресации могут быть переведены друг в друга, однако использование специфичной адресации может ускорить выполнение программы (например, замена индексной адресации на абсолютную потребует выполнить умножение, сложение, обращение к памяти).
Сформулировать понятие о распределении памяти.
Распределение памяти - управление ресурсами памяти в интересах решения отдельных задач.
(В персональных компьютерах традиционно принято два основных способа распределения оперативной памяти. Первый способ, который начинает свой путь от IBM PC, когда даже 512 Кбайт оперативной памяти было чрезвычайно много, делит всю память на ряд небольших областей. Причем такой принцип остается даже у совр_еменных компьютеров в момент первоначальной работы BIOS и при переходе процессора в реальный режим, который характеризуется возможностью использования только 1 Мбайт памяти. Второй способ реализуется, когда процессор переключается в защищенный режим и использует линейную модель памяти. Для разных поколений процессоров имеются некоторые различия, но надо учитывать, что современный процессор считает, что физическая память не имеет сегментации.)
Сформулировать понятие о стандартной памяти.
Стандартная память — это первые 640 Кбайт оперативной памяти ПК (диапазон адресов от 0000_0000 до 0009_FFFF включительно). В первых моделях компьютеров её объём был меньше (по имеющимся сведениям, самая первая IBM PC оснащалась всего то ли 16-ю, то ли 32-мя килобайтами ОЗУ). Начиная с IBM PC/AT на базе микропроцессора 80286, ПК стали оснащаться как минимум 640 Кбайтами оперативной памяти, т.е. вся стандартная память у них присутствовала. Тем не менее, не всю её можно свободно использовать, поскольку часть этой памяти используется BIOS для собственных нужд. Подробнее об определении объёма доступной для использования стандартной памяти можно узнать в разделе
Сформулировать понятие адреса ввода-вывода.
Во всех IBM-совместимых компьютерах предусмотрена возможность обмена информацией с 1024 портами ввода/вывода. Каждый порт ввода/вывода (I/O port) определяется своим адресом (подобным адресу памяти), однако данные, переданные по этим адресам, не сохраняются, а лишь поступают в распоряжение других устройств. Считанные по адресам ввода/вывода данные — это та информация, которую то или иное устройство предоставляет системе. Таким образом, адреса ввода/вывода используются для непосредственных обменов данными между компьютером и периферийными устройствами. Через него осуществляется эффективная передача команд и данных между компьютером и различными устройствами расширения. Каждому устройству должен быть присвоен уникальный адрес (или диапазон адресов) ввода/вывода.
Сформулировать понятие адресации ячеек памяти.
См. билет 43!
Сформулировать понятие адресация портов ввода-вывода.
Порт ввода/вывода (англ. I/O ports) — схемотехническое решение, организующее интерфейс процессора и внешних устройств (памяти, устройств вводе-вывода и т.д).
Порты ввода/вывода создаются в системном оборудовании, которое циклически декодирует управляющие, адресные и контакты данных процессора. Затем порты настраиваются для обеспечения связи с периферийными устройствами ввода-вывода.
Одни порты используются для передачи данных (например приём данных от клавиатуры или чтение времени системных часов), другие — для управления периферийными устройствами (команда чтения данных с диска), исходя из этого
Порт ввода/вывода может быть портом только для ввода, только вывода, а также двунаправленным портом.
Сравнить адресацию памяти и портов ввода –вывода.
Порты ввода-вывода , как правило, служат для преобразования двоичной информации в какие-либо физические сигналы и обратно. Например, порт данных параллельного интерфейса формирует электрические сигналы на разъеме, к которому обычно подключают принтер. Порт состояния того же интерфейса электрические сигналы, поступающие от принтера, отображает в виде набора бит, который может быть считан процессором.
Адресация памяти вычислительных систем — метод указания на ячейку памяти, к которой производится доступ.
Адресация может быть:
Абсолютная — указывается прямой адрес ячейки памяти.
Сегментная — указывается адрес относительно начала сегмента, в случае, если сегменты отсутствуют или совпадают, эквивалентна абсолютной.
Относительная — указывается смещение относительно какого-либо значения.
Косвенная — указывается адрес ячейки, содержащей адрес необходимой ячейки.
Индексная — указывается адрес начала массива, размер элемента и порядковый номер элемента в массиве.
Непосредственная — указывает на определённое число, константу
Регистровая — указывает на определённый регистр РОН (регистры общего назначения).
Стековая — с использованием специального регистра - указателя стека (SP - Stack Pointer). Используется для занесения операндов в стек в одном порядке и извлечения в обратном порядке.
Неявная — регистр источник или регистр приёмник подразумевается в самом коде операции.
Все виды адресации могут быть переведены друг в друга, однако использование специфичной адресации может ускорить выполнение программы (например, замена индексной адресации на абсолютную потребует выполнить умножение, сложение, обращение к памяти).
Сформулировать функции ячеек памяти в процессе обмена данными.
Функции ячеек памяти в процессе обмена данными Ячейка памяти предназначена для хранения инфо, т.е. инфо хранится, записывается и может быть считана - Для ОЗУ пока есть питание, для ПЗУ инфо доступна пока есть напряжение.
Сформулировать функции портов ввода-вывода в процессе обмена данными.
Порт ввода/вывода (англ. I/O ports) — схемотехническое решение, организующее интерфейс процессора и внешних устройств (памяти, устройств вводе-вывода и т.д).
Порты ввода/вывода создаются в системном оборудовании, которое циклически декодирует управляющие, адресные и контакты данных процессора. Затем порты настраиваются для обеспечения связи с периферийными устройствами ввода-вывода.
Одни порты используются для передачи данных (например приём данных от клавиатуры или чтение времени системных часов), другие — для управления периферийными устройствами (команда чтения данных с диска), исходя из этого
Порт ввода/вывода может быть портом только для ввода, только вывода, а также двунаправленным портом.
Сформулировать понятие: конфликты адресов ввода-вывода.
Самая большая проблема состоит в том, чтобы двум устройствам случайно не назначить один и тот же порт. Современные системы, поддерживающие спецификацию Plug and Play, автоматически разрешают любые конфликты из-за портов, выбирая альтернативные порты для одного из конфликтующих устройств.
Сформулировать определение аппаратных прерываний.
Под процедурой прерывания процессора подразумевается реакция ЦП и какой либо МПС в ответ на внешние по отношению к выполняемому программному коду, события. Так же аппаратное прерывание обеспечивает реакцию процессора происходящую асинхронно к выполняемому программному коду.
Инициатором такого прерывания является какое-либо внешнее устройство.
Сформулировать определение немаскируемых прерываний.
На немаскируемое прерывание (NMI — Non-Maskable Interrrupt) процессор реагирует всегда (если обслуживание предыдущего NMI завершено); этому прерыванию соответствует фиксированный вектор 2. Немаскируемые прерывания в PC используются для сигнализации о фатальных аппаратных ошибках. Сигнал на линию NMI приходит от схем контроля памяти (четности или ECC), от линий контроля шины ISA (IOCHK) и шины PCI (SERR#). Сигнал NMI блокируется до входа процессора установкой в 1 бита 7 порта 070h, отдельные источники разрешаются и идентифицируются битами порта 061h:
бит 2 R/W — ERP — разрешение контроля ОЗУ и сигнала SERR# шины PCI;
бит 3 R/W — EIC — разрешение контроля шины ISA;
бит 6 R — IOCHK — ошибка контроля на шине ISA (сигнал IOCHK#);
бит 7 R — PCK — ошибка четности ОЗУ или сигнал SERR# на шине PCI.
отработка маскируемых аппаратных прерываний происходит следующим образом:
устройство по событию прерывания возбуждает назначенную ему линию запроса прерывания;
контроллер принимает сигналы запросов от источников прерываний (сигналы IRQx) и при наличии незамаскированного запроса подает сигнал общего запроса прерывания (сигнал INTR) процессору x86;
процессор, реагируя на запрос (когда прерывания флагом IF разрешены), сохраняет в стеке содержимое регистра флагов и адрес возврата, после чего формирует шинный цикл INTA (подтверждение прерывания), который доводится до контроллера прерываний;
в момент получения сигнала INTA контроллер прерываний фиксирует состояние своих входов запросов — к этому моменту их состояние могло измениться: могли появиться новые запросы или пропасть запрос от «нетерпеливого» устройства. Контроллер анализирует поступившие запросы в соответствии с запрограммированной схемой приоритетов и посылает процессору вектор прерывания, соответствующий самому приоритетному незамаскированному запросу, присутствующему на входе контроллера в момент подачи шинной команды INTA. При этом контроллер выполняет и некоторые действия в соответствии с установленной приоритетной политикой, учитывающие, какой именно вектор был послан (какой из запросов пошел на обслуживание);
получив вектор прерывания, процессор по его номеру вызывает соответствующую процедуру обработки прерывания. Если данный вектор прерывания используется не только для аппаратных прерываний, но и для исключений и/или программных прерываний, то процедура в первую очередь должна определить, к какому из этих типов относится данное событие. Для этого процедура может обратиться к контроллеру PIC (прочитать регистр ISR) и проанализировать состояние регистров процессора. Дальнейшие шаги рассматриваются для случая, когда обнаружено аппаратное прерывание;
процедура обработки прерывания должна идентифицировать источник прерывания — определить устройство, его вызвавшее. В случае разделяемого использования несколькими устройствами данного номера запроса (следовательно, и вектора) идентифицировать источник прерывания можно только последовательными обращениями к регистрам каждого из этих устройств. При этом следует учитывать возможность поступления запросов от нескольких устройств одновременно или в процессе обработки прерывания от одного из них;
процедура должна обслужить устройство-источник прерывания — выполнить «полезные» действия, связанные с событием, о котором и сигнализировало устройство. Это обслуживание должно обеспечить и снятие сигнала запроса прерывания от данного устройства. В случае разделяемых прерываний источников может быть и несколько, и все они требуют обслуживания;
если обработка прерывания занимает значительное время, в течение которого требуется реакция системы на более приоритетные запросы, то после критической секции в обработчик включают инструкцию STI, устанавливающую флаг разрешения прерываний (IF) в процессоре. С этого момента возможны вложенные прерывания, прерывающие работу данного обработчика другой, более приоритетной процедурой;
процедура обработки прерывания должна послать контроллеру команду завершения обработки прерывания EOI (End Of Interrupt), по которой контроллер разрешит последующий прием сигнала с обслуженного входа и менее приоритетных. Это должно быть сделано после снятия сигнала прерывания от обслуженных устройств, иначе контроллер после EOI пошлет повторный запрос. Обработчик прерывания, для которого запрос поступил от ведомого контроллера, должен послать EOI как ведомому, так и ведущему контроллеру. Участок обработчика, начинающийся от подачи команды EOI до завершения (инструкции IRET), должен быть непрерываемым, то есть он является критической секцией. Если обработчик разрешал вложенные прерывания, то перед подачей команды EOI должна присутствовать инструкция CLI, запрещающая прерывания;
завершается обработка прерывания инструкцией IRET, по которой процессор возвращается к выполнению прерванного потока инструкций, предварительно извлекая из стека содержимое регистра флагов. При этом аппаратные прерывания снова окажутся разрешенными.
Эта последовательность описана применительно к обычному контроллеру прерываний (PIC), в системах с APIC меняется способ доставки вектора прерывания от контроллера к процессору, а в прерываниях MSI меняется способ доставки сигнала от устройства к контроллеру APIC. Эти нюансы описаны в последующих разделах.
Сформулировать определение маскируемых прерываний.
Реакция процессора на маскируемые прерывания может быть задержана сбросом его внутреннего флага IF (инструкция CLI запрещает прерывания, STI — разрешает). Маскируемые прерывания используются для сигнализации о событиях в устройствах. По возникновении события, требующего реакции, адаптер (контроллер) устройства формирует запрос прерывания, который поступает на вход контроллера прерываний. Задача контроллера прерываний — довести до процессора запрос прерывания и сообщить вектор, по которому выбирается программная процедура обработки прерываний.
Процедура обработки прерывания от устройства должна выполнить действия по обслуживанию данного устройства, включая сброс его запроса для обеспечения возможности реакции на следующие события, и послать команды завершения в контроллер прерываний. Вызывая процедуру обработки, процессор автоматически сохраняет в стеке значение всех флагов и сбрасывает флаг IF, что запрещает маскируемые прерывания. При возврате из этой процедуры (по инструкции IRET) процессор восстанавливает сохраненные флаги, в том числе и установленный (до прерывания) IF, что снова разрешает прерывания. Если во время работы обработчика прерываний требуется реакция на иные прерывания (более приоритетные), то в обработчике должна присутствовать инструкция STI. Особенно это касается длинных обработчиков; здесь инструкция STI должна вводиться как можно раньше, сразу после критической (не допускающей прерываний) секции. Следующие прерывания того же или более низкого уровня приоритета контроллер прерываний будет обслуживать только после получения команды завершения прерывания EOI (End Of Interrupt).
Сформулировать понятие: коммутация запросов прерываний. Изобразить схему.
Прерывание — сигнал, сообщающий процессору о наступлении какого-либо события. При этом выполнение текущей последовательности команд приостанавливается и управление передаётся обработчику прерывания, который реагирует на событие и обслуживает его, после чего возвращает управление в прерванный код.
Сформулировать понятие: приоритет прерываний. Привести пример.
Приоритезация прерываний может быть статической или динамической (карусельной, round-robin). Приоритезация прерываний высокого и среднего уровней, а также немаскируемых прерываний является только статической, а приоритезация низкоуровневых прерываний может быть как статической, так и динамической (задается пользователем).
Статическая приоритезация
Векторы прерываний имеют фиксированные адреса. Когда применяется статическая приоритезация, очередность обработки прерываний одного и того же уровня будет зависеть от значения адреса вектора прерывания: чем меньше адрес, тем выше приоритет прерывания. Таблицу векторов прерываний с указанием базовых адресов для всех встроенных модулей и УВВ, которые поддерживают генерацию прерываний, можно найти в документации на МК. Кроме того, в конце каждого раздела этого руководства, посвященного описанию того или иного модуля и УВВ, приводится обзор прерываний и их смещения адреса по отношению к базовому адресу прерывания модуля или УВВ.
Динамическая приоритезация
В применениях с частой генерацией низкоуровневых прерываний статическая приоритезация может привести к ситуации, когда одни прерывания обрабатываются часто, а до других - очередь просто не доходит. Для исключения таких ситуаций предусмотрена опциональная динамическая приоритезация низкоуровневых прерываний. Когда она разрешается, в момент поступления запросов от одного или нескольких источников низкоприоритетных прерываний, наименьший приоритет будет иметь то прерывание, которое обрабатывалось последним.
Для того чтобы система "не растерялась", решая какое прерывание обслуживать в первую очередь, существует специальная схема приоритетов. Каждому прерыванию назначается свой приоритет. Если происходит одновременно несколько прерываний, система отдает предпочтение самому высокоприоритетному, откладывая на время обработку остальных прерываний.
Система приоритетов реализована на двух микросхемах Intel 8259 (или аналогичных). Каждая микросхема является контроллером прерывания и обслуживает до восьми приоритетов. Микросхемы можно объединять (каскадировать) для увеличения количества уровней приоритетов в системе.
Уровни приоритетов обозначаются сокращенно IRQ0 - IRQ15 .
Сформулировать понятие: чувствительность к уровню контроллера прерываний.
Задача контроллера прерываний — довести до процессора запрос прерывания и сообщить вектор, по которому выбирается программная процедура обработки прерываний.
чувствительность к уровню (level sensitive) означает, что контроллер прерываний вырабатывает запрос прерывания процессора по факту обнаружения определенного уровня на входе IRQx. Если к моменту завершения обработки этого запроса (после записи команды EOI в регистр контроллера прерываний) контроллер снова обнаруживает активный уровень на том же входе DRQx, то он снова сформирует запрос на прерывание процессора;
Сформулировать понятие: чувствительность к перепаду контроллера прерываний.
Чувствительность к перепаду (edge sensitive) означает, что контроллер прерываний вырабатывает запрос прерывания процессора только по факту обнаружения перепада (на ISA - положительного) на входе DRQx. Повторно запрос по этому входу возможен только по следующему такому же перепаду, то есть сигнал предварительно должен вернуться в исходное состояние. В любом случае сигнал запроса аппаратного прерывания IRQx должен удерживаться генерирующей его схемой, по крайней мере, до цикла подтверждения прерывания процессором. В противном случае источник прерывания корректно идентифицирован не будет, и контроллер сообщит ложный вектор прерывания (spurious interrupt), соответствующий его входу с максимальным номером (IRQ7 для первого контроллера и IRQ 15 для второго). Обычно адаптеры строят так, что сигнал запроса сбрасывается при обращении программы обслуживания прерывания к со-ответствующим регистрам адаптера. В шине ISA прерывание вырабатывается по положительному перепаду сигнала на линии запроса. Это плохо по двум причинам: такой способ подачи сигнала, во-первых, имеет меньшую помехозащищенность, чем срабатывание по отрицательному перепаду, во-вторых, отрезает путь к нормальному разделению линий запросов (см. ниже), для которого полностью пригоден способ подачи сигнала по низкому уровню. Поскольку традиционный контроллер позволяет задавать чув-ствительность - уровень (Level) или перепад (Edge) - только для всех входов одновременно, в общем случае разделяемые прерывания на шине ISA вместе с корректной работой системных устройств использоваться не могут.
Сформулировать понятие о разделяемом использовании прерываний.
Линии запросов прерываний в компьютере, насыщенном периферийными устройствами, являются самым дефицитным ресурсом, поэтому приходится использовать эти линии совместно, то есть применять разделяемые прерывания между несколькими устройствами (shared interrupts). Для шины PCI с аппаратной точки зрения проблема разделения прерываний решена — здесь активным уровнем запроса является низкий, и контроллер прерываний чувствителен к уровню, а не перепаду. Для шины ISA с ее запросами прерываний по положительному перепаду разделяемость прерываний невозможна. Исключения составляют системные платы и устройства с поддержкой ISA PnP, которые можно заставить работать и по низкому уровню.
Сформулировать понятие метода передачи данных: программно-управляемый обмен.
Программно-управляемая передача данных осуществляется при непосредственном участии и под управлением процессора, который при этом выполняет специальную подпрограмму процедуры ввода-вывода. Данные между памятью и периферийным устройством пересылаются через процессор.
Операция ввода - вывода инициируется текущей командой программы или запросом прерывания от периферийного устройства. При этом процессор на все время выполнения операции ввода-вывода отвлекается от выполнения основной программы.
Кроме того при пересылке блока данных процессору приходится для каждой единицы передаваемых данных выполнять несколько команд, чтобы обеспечить буферизацию, преобразование форматов данных, подсчет количества переданных данных, формирование адресов в памяти и т.п. Это сильно снижает скорость передачи данных (не выше 100 Кб/сек), что недопустимо при работе с высокоскоростными ПУ. Между тем потенциально возможная скорость обмена данными при вводе-выводе определяется пропускной способностью памяти. Для быстрого ввода-вывода блоков данных используется прямой доступ к памяти.
Прямым доступом к памяти называется способ обмена данными, обеспечивающий независимую от процессора передачу данных между памятью и периферийным устройством.
ОСОБЕННОСТИ:
- Ресурсы процессора оказываются занятыми практически полностью и не могут быть использованы для выполнения других задач, особенно при высокой скорости передачи данных и в случаях, если программа формирует и управляющие сигналы обмена.
- При опросе по готовности для одного внешнего устройства обеспечивается максимальная скорость реакции на внешнее асинхронное событие. Однако при этом процессор загружается бесполезной работой.
- При достаточно частом возникновении необходимости в обмене использование опроса флага готовности обеспечивает максимальную скорость реакции и повышает эффективность работы всей системы.
- При опросе по готовности нескольких внешних устройств тратится время на опрос флажков даже в той ситуации, когда отсутствуют запросы, требующие обслуживания. Значительные затраты реального времени на вспомогательные действия и длительное время ответа.
- Максимальная скорость обмена достигается при использовании строковых команд ввода-вывода
Сформулировать понятие метода передачи данных: программированный ввод-вывод(PIO).
PIO — Программный ввод/вывод (Programmed input/output), метод передачи данных между двумя устройствами, использующий процессор как часть маршрута данных (процессор выполняет команду чтения порта, считывает байт или слово данных в свой регистр, после чего переписывает его в память, затем повторяет эту процедуру до тех пор, пока вся необходимая информация не будет считана из устройства в память).
Как правило, этот термин применяется к классическому PC/AT контроллеру IDE/ATA/SATA. В этом режиме контроллер требовал исполнения драйвером или же BIOSом команды процессора REP INSW/OUTSW для передачи всех данных, обычно команда исполняется в обработчике прерывания контроллера в статусе «готов к передаче данных».
Режим имеет существенные недостатки — загрузку процессора вводом-выводом и крайне невысокую скорость передачи из-за невозможности использования «взрывного» (burst) режима шины PCI, и устарел с появлением в середине 1990 годов поддержки DMA в IDE контроллере. Но, во-первых, если режим PIO работет одинаково во всех PC-совместимых компьютерах, то реализация DMA зависит от производителя контроллера (обычно Intel, VIA или nVidia) и требует установки драйверов/сборки ядра с поддержкой данных драйверов. Более или менее современные версии Windows автоматически установят DMA-драйвера к любому распространенному IDE контроллеру.
Бывают режимы PIO Mode 0, 1, 2, 3, 4. Чем больше номер режима, тем быстрее. IDE ZIP100 приводы от Iomega, например, могут обеспечить только PIO mode 0. Старые CD-ROM приводы, как правило, используют PIO mode 4, если не могут работать в режиме DMA.
PIO Mode 0 = 3.3 Mb/s
PIO Mode 1 = 5.2 Mb/s
PIO Mode 2 = 8.3 Mb/s
PIO Mode 3 = 11.1 Mb/s
PIO Mode 4 = 16.7 Mb/s
Спецефическая проблема
На некоторых компьютерах при автоматическом автоопределении подобающего PIO Mode система не может загрузиться с CD-ROM, хотя CD-ROM прекрасно определяется. При этом CD-ROM прекрасно работает в уже установленной операционной системе, т.к. в тот момент используется не вшитый в BIOS драйвер реального режима процессора, а драйвер операционной системы, загруженный с жёсткого диска и работающий в защищённом режиме.
Решением проблемы является принудительное выставление PIO Mode 0. (Вероятно, можно было бы попробовать подобрать более быстрый PIO Mode; однако, результат обычно не оправдывает трудозатрат.)
Сформулировать понятие метода передачи данных: обмен по каналу DMA.
Прямой доступ к памяти (Direct Memory Access) - режим обмена данными между устройствами или же между устройством и основной памятью (RAM), без участия ЦП. В результате скорость передачи увеличивается, так как данные не пересылаются в ЦП и обратно.
Кроме того, данные пересылаются сразу для многих слов, расположенных по подряд идущим адресам, что позволяет использование т. н. «взрывного» (burst) режима работы шины — 1 цикл адреса и следующие за ним многочисленные циклы данных. Аналогичная оптимизация работы ЦП с памятью крайне затруднена.
В оригинальной архитектуре IBM PC (шина ISA) был возможен лишь при наличии аппаратного DMA-контроллера (микросхема с индексом Intel 8237).
DMA-контроллер может получать доступ к системной шине независимо от центрального процессора. Контроллер содержит несколько регистров, доступных центральному процессору для чтения и записи. Регистры контроллера задают порт (который должен быть использован), направление переноса данных (чтение/запись), единицу переноса (побайтно/пословно), число байтов, которое следует перенести.
ЦП программирует контроллер DMA, устанавливая его регистры. Затем процессор даёт команду устройству (например, диску) прочитать данные во внутренний буфер. DMA-контроллер начинает работу, посылая устройству запрос чтения (при этом устройство даже не знает, пришёл ли запрос от процессора или от контроллера DMA). Адрес памяти уже находится на адресной шине, так что устройство знает, куда следует переслать следующее слово из своего внутреннего буфера. Когда запись закончена, устройство посылает сигнал подтверждения контроллеру DMA. Затем контроллер увеличивает используемый адрес памяти и уменьшает значение своего счётчика байтов. После чего запрос чтения повторяется, пока значение счётчика не станет равно нулю. По завершении цикла копирования устройство инициирует прерывание процессора, означающее завершение переноса данных. Контроллер может быть многоканальным, способным параллельно выполнять несколько операций.