Семейство последовательных интерфейсов pci-Express.
Интерфейсы данного семейства используют совокупность независимых последовательных каналов передачи данных, т.к. при передаче используется помехозащищённое кодирование. Каждый байт передаётся десятью битами. Т.е. на каждый байт передаётся 2 бита избыточной информации, которые содержат коды защиты от помех. Пример помехозащищающего кода – код Хемминга. По нему на каждые 11 символов основного кода добавляется 4 символа избыточной информации. Эти символы расставляются по степеням двойки, т.е. первым, вторым, четвёртым и восьмым по счёту. Каждый из этих защищающих символов вычисляется по формуле, выражаясь через рядом стоящие символы. И если принимающий компьютер замечает лишние символы, он по особой формуле вычисляет место ошибки.
Пропускная способность одного канала – 200 МБ/с. Лицензированы 1-, 2-, 3-, 8-, 16- и 32-канальные версии. Общая пропускная способность всех каналов – 6,4 ГБ/с. В режиме дуплексной передачи эти цифры удваиваются.
PCI-Express x1 – это одноканальный вариант. Может быть использован для любых шин и плат расширения. PCI-Express x8 и PCI-Express x16 могут использоваться только для видеокарт. Простейшая топология соединения с помощью PCI-Express:
ПРОЦЕССОР INTEL PENTIUM
КОНТРОЛЛЕР ПАМЯТИ
КОНТРОЛЛЕР ИНТЕРФЕЙСОВ
Специальные интерфейсы.
Нужны для видео и аудио-информации, имеют общее название – API (Application Interface/Program): DirectX (графика вообще), OpenGL (трёхмерная графика), OpenML (изначально предназначается для мультимедиа-информации).
Беспроводные интерфейсы.
Беспроводные устройства и интерфейсы применяются для передачи данных на расстояния от десятков сантиметров до десятков километров. Эти устройства подразделяются на две группы: первая – устройства для подсоединения к ЭВМ других устройств и портативных компьютеров (Bluetooth, инфракрасный порт IrDA, wUSB (Wireless USB), wSATA); вторая – устройства для подключения к интернету и другим сетям (Wi-Fi, WiMAX).
18.10.2011 Лекция и семинар по периферийным устройствам |
IrDA – один из первых беспроводных интерфейсов, стандарт которого был реализован в современных компьютерах. Связь осуществляется по инфракрасному каналу, диапазон которого используется в различных электронных системах для связи устройств между собой. Протокол IrDA был включён в операционную систему Windows 95. Длина волны – 980 нм, расстояние – до одного метра.
Стандарт имеет несколько режимов:
SIR (Slow Infrared). Скорость передачи данных: от 2,4 до 115,2 Кбит/с.
MIR (Medium Infrared). Скорость: от 576 до 1152 Кбит/с
FIR (Fast Infrared). Скорость: от 4 до 16 Мбит/с.
IrDA поддерживает связь по принципу точка-в-точку в пределах прямой видимости. Канал передачи данных узконаправленный.
Bluetooth – это технология передачи данных по радиоканалам в диапазоне 2,5 ГГц на небольшие расстояния даже в отсутствии прямой видимости. Первоначально этот стандарт рассматривался как замена IrDA, затем были попытки использовать его в локальных сетях как замену проводных технологий, но самое широкое распространение Bluetooth получил в мобильных телефонах. Разработчиками стандарта были Intel, Toshiba, Siemens, Nokia и многие другие. Первоначальная версия протокола предусматривала расстояние до 100 метров и скорость до 100 КБ/с. Для обеспечения безопасности частота передачи данных регулярно меняется. К одному каналу может быть подключено до 7 устройств. Скорость передачи по версии Bluetooth 2.0 достигает 1,5 МБ/с.
Фирма Intel разработала в качестве замены протоколов Bluetooth интерфейс wUSB (wireless USB). Основные характеристики: очень широкий диапазон широт – от 3х до 10 ГГц. Пиковая скорость может достигать 60 МБ/с на расстоянии 2 метра, а при расстоянии 10 метров – 12 МБ/с.
Д/з: самостоятельно о W-Fi и WiMAX.
20.10.2011 Продолжение семинара |
26.10.2011 Лекция |
Физическая и функциональная структура
микропроцессора.
В зависимости от технологии и своей физической структура микропроцессор содержит ядро, которое в свою очередь содержит два блока – управляющий модуль и исполняющий модуль (Execution Unit). Оба эти модуля нужны для целочисленных действий. Кроме этих двух модулей присутствуют также некоторые локальные модули: блок для работы с плавающей запятой (Floating Point Unit), модуль предсказания ветвлений (Branch Predictor), а для микропроцессоров Pentium – модуль преобразования CISC-операций в RISC-операции. Также в микропроцессоре присутствуют регистры микропроцессорной памяти (МПП), регистры кэш-памяти 1-го уровня, шинный интерфейс.
Функционально микропроцессор делится на две части: операционную часть, содержащую устройство управления, арифметико-логическое устройство, микропроцессорную память, и интерфейсную часть, содержащую адресные регистры микропроцессорной памяти, регистры памяти для хранения кодов команд, схемы управления шинами и портами. Обе эти части микропроцессора работают параллельно, причём интерфейсная часть опережает операционную.
Современные микропроцессоры имеют несколько групп регистров в интерфейсной части, работающих с различной степенью опережения. Это позволяет наладить конвейерный режим обработки информации (мы не ждём, пока освободятся регистры, выполняющие операционные функции).
Устройство управления – это наиболее сложный элемент персонального компьютера.
Управляющее устройство вырабатывает управляющие сигналы, поступающие по всем кодовым шинам инструкций во все блоки машины.
Схема устройства управления:
Опишем элементы схемы:
Дешифратор операций – это логический блок, выбирающий в соответствии с поступающим из регистра команд кодом операции (КОП) один из имеющихся у него выборов.
ПЗУ микропрограмм хранит в своих ячейках управляющие сигналы (импульсы), необходимые для выполнения в блоках ПК процедур обработки информации.
Узел формирования адреса – устройство, вычисляющее полный адрес в ячейке памяти или регистра по реквизитам, которые поступают из регистра команд или из других регистров микропроцессорной памяти. Этот узел находится в интерфейсной части микропроцессора.
Шины адреса, команд и инструкций – часть интерфейсного блока, отвечающая за передачу информации.
В общем случае устройство управления выполняет следующие операции:
Выборка из регистра счётчика IP адреса команды микропроцессорной памяти адреса ячейки ОЗУ, где хранится очередная команда.
Выборка из ячеек ОЗУ кода очередной команды и приём выполненной команды в регистр команд.
Расшифровка кодов операции и признаков выбранной команды.
Выборка операндов.
Запись результатов операции в память.
Формирование адреса следующей команды.
В функционально простейшем варианте Арифметико-логическое устройство (АЛУ) состоит из двух регистров, сумматора и схемы управления. Сумматор – это вычислительная схема, выполняющая процедуру сложения поступающих на её вход двоичных кодов. Разрядность сумматора – двойное машинное слово. Регистры – это быстродействующие ячейки памяти различной длины. Разрядность первого регистра – двойное машинное слово, разрядность второго регистра – слово.
При выполнении операции в первый регистр помещается первый операнд (в нашем случае это двоичное число), а по завершению операции – результат. Во второй регистр помещается второй операнд. Регистр №1 может получать информацию из кодовых шин данных, а также может отправлять в неё свою информацию. Регистр №2 только получает информацию с этих шин. Схема управления принимает входящие сигналы от устройства управления из кодовых шин инструкций и преобразует их в сигналы для управления работой регистров и сумматора.
Арифметико-логическое устройство выполняет операции сложения, умножения, деления и вычитания только над двоичными числами, причём эти двоичные числа должны иметь зафиксированную запятую после последнего знака, т.е. должны быть целочисленными.
Интерфейсная часть микропроцессора предназначена для связи микропроцессора с системной шиной ПК, для приёма и предварительного анализа команд выполняемой программы, а также для формирования полных адресов операндов и команд.
Интерфейсная часть состоит из следующих блоков:
Адресные регистры микропроцессора
Узел формирования адреса
Блок регистров команд (буфер команд в микропроцессоре)
Внутренняя интерфейсная шина микропроцессора
Схема управления шиной и портами ввода/вывода.
Порты ввода/вывода – это пункты системного интерфейса ПК, через которые микропроцессор обменивается информацией с другими устройствами. Всего портов может быть 65536 (то количество адресов, которое можно закодировать с помощью слова). Порту устройства соответствует аппаратура сопряжения и 2 регистра памяти для обмена данными и управляющей информацией.
Схема управления шиной и портами выполняет следующие функции:
Формирование адреса порта, информации о готовности и состоянии порта.
Приём управляющей информации от порта.
Организация сквозного канала для передачи данных между портом и микропроцессором.
Д/з: добавить информацию о следующих понятиях многоядерных процессоров:
физическое ядро и логическое ядро, разделяемый и индивидуальный кэш, интегрируемый
и внешний контроллер памяти, СТРОБ.
27.10.2011 Практика по ассемблеру |
Ещё несколько операций Ассемблера:
Операция двоеточие.
mov ax, [10]
mov ax, bs : [10]
Операция указывает Ассемблеру, что выражение после операции должно относиться к сегменту, указанному до операции. Результат операции – ссылка на память со значением второго выражения.
В указанном примере в первой строке мы отправляем слово в регистр AX по адресу DS:10. Во второй строке выполняется полностью аналогичное действие, но с использованием операции двоеточие.
Операция offset.
mov ax, X
mov ax, offset X
Возвращает смещение выражения, следующего за операцией.
В указанном примере в первой строке в AX отправляется слово, которое находится по адресу переменной Х. Во второй строке в АХ отправляется смещение переменной Х по отношению к началу сегмента данных.
Операция ptr.
mov ax, X
mov BYTE ptr @ Result, ah
...
mov BYTE ptr @ Result, al
Это операция приведения типов. Результат этой операции – ссылка на память со значением выражения после операции и типом выражения до операции.
В указанном примере переменная X определена как Integer, а Integer больше Byte. Переменная X занимает регистр АХ – и AH и AL. Так вот эта программа помещает содержимое AL в AH, а содержимое AH – помещает в AL. Таким образом команда преобразовала Integer в Byte.
Операция звёздочка (умножение) и операция косая черта (деление).
mov ax, 2*2
Оба операнда должны иметь абсолютные значения.
Операция mod.
mov ax, 17 mod 3
Вычисляет остаток от целочисленного деления.
Операция shr и операция shl.
mov ax, 1 shr 17
Побитовый сдвиг влево и побитовый сдвиг вправо. Выражение, стоящее до операции сдвигается на количество бит, определяемое выражением, стоящим после операции. Оба выражения должны иметь абсолютную величину.
Бинарная операция плюс и бинарная операция минус.
Для плюса операнды должны быть либо абсолютными значениями, либо ссылками на память. Для минуса – первый операнд обязательно должен быть абсолютным значением.