11. Управление вводом-выводом, как функция ос.

При использовании такого метода процессор отвечает за извлечение из основной памяти данных, предназначенных для вывода, и размещение в ней данных, поступивших с устройств ввода. Программное обеспечение для ввода-вывода разрабатывается таким образом, что процессор непосредственно управляет операциями ввода-вывода, включая опознание состояния устройства, пересылку команд чтения-записи и передачу данных. Таким образом, в набор используемых команд входят команды ввода-вывода, принадлежащие следующим категориям.

Управление. Команды этой категории используются для того, чтобы привести внешнее устройство в действие и сообщить ему, что нужно делать. Например, блоку с магнитной лентой можно отдать команду перемотки или перемещения вперед на одну запись.

Состояние. Используется для проверки состояния контроллера ввода-вывода и соответствующих периферийных устройств.

Передача. Используется для чтения и/или записи данных в регистры процессора и внешние устройства и из регистров процессора и внешних устройств.

12. Многоуровневая организация подсистемы ввода-вывода.

13. Механизм разделения центральной памяти.

Backoff Processor

- очень редкая опция и не совсем однозначно трактуемая. BOFF# (Back Off) - сигнал безусловного отключения процессора от шины. По этому сигналу процессор отдает управление шиной в следующем же такте с прерыванием текущего цикла. По окончании действия сигнала "BOFF#" процессор рестартует прерванный шинный цикл. Возможные значения опции:

"Disabled" (или "No"),

"Enabled" (или "Yes").

Исходя из всего изложенного, можно предположить, что в опции речь идет о безусловной передаче управления шиной другому устройству, т.е. без установок различных интервалов ожидания, определенных условий передачи управления и т.п. Об этом будет подробно изложено далее (тема "арбитража"). Понятно, что для использования указанного сигнала опцию необходимо включить.

Опция может называться "Backoff CPU".

Base I/O Address

- опция установки базового адреса устройства. I/O-адреса - это адреса ввода/вывода, называемые также портами системных и периферийных устройств. По сути, это "почтовые ящики", через которые программы и устройства обмениваются сообщениями, данными. Каждому адресу отведен один байт системной памяти. Начиная с 386-х систем таких адресов имеется в наличии 65536, хотя большинство из них никогда не используется.

Базовый I/O-адрес - это первый адрес из того адресного пространства, что предоставлен данному устройству. Например, большинство сетевых адаптеров использует адресный диапазон в 20h, а для COM 1 резервируется диапазон с адресами от 3F8h по 3FFh, которые используются для различных задач, например, установки скорости, четности, т.п. Весь адресный диапазон ввода/вывода - 0000-FFFFh.

Для данной опции не приводятся конкретные значения. Да и по содержанию опция в большей степени "подходит" материалам, посвященным распределению ресурсов различных устройств. Но опция помещена в данном месте умышленно, чтобы подчеркнуть принадлежность адресов ввода/вывода не только памяти, а и центральному процессору. Ведь от него то и начинаются управляющие процедуры, и производятся они через порты ввода/вывода.

Если просмотреть главу "Порты", то можно обратить внимание на то, что имеющиеся адреса уже "закреплены" за системными или периферийными устройствами. Но при программировании устройства ввода/вывода, а это может быть карта расширения, вполне допустимо задействование "традиционных" адресов либо неиспользуемых. В некоторых случаях использование незадействованных адресов, что связано, например, с отсутствием устройства, не обязательно ведет к конфликтам.

Рассмотренная выше опция "Extended I/O Decode" показала нам некоторые нюансы и даже сложности декодирования адресов ввода/вывода. Опция "PCI I/O Start Address", предназначенная в общем-то для PCI-устройств, тем не менее позволяет для ISA-устройств создать дополнительную область адресов и тем самым избежать "неприятных накладок".

Branch Target Buffer

- просто редчайшая функция, скорее в смысле уникальности, а не частоты появления в различных версиях BIOS. О чем идет речь? BTB (Branch Target Buffer - буфер адресов перехода) - блок центрального процессора, отвечающий за динамическое предсказание переходов. При этом принимается во внимание, какие адреса переходов были выбраны ранее. Это важнейший узел современного процессора (см. специальную литературу).

Получается, что с помощью данной опции можно отказаться ("Disabled") от использования механизма предсказания переходов, ветвлений команд процессора или включить его ("Enabled"). Остается добавить, что включение опции повышает производительность системы.

CPU ADS# Delay 1T or Not

- опция установки задержки для сигнала ADS#. Несколько предваряющих слов. ADS# (Address Status) - строб адреса, вводимый инициатором обмена как индикатор действительности адреса. Сигнал действует на системной шине и может быть выходным как стороны процессора, так и со стороны чипсета. Передача адреса и адресного строба происходит одновременно, поскольку для адресного строба системная шина имеет свою выделенную линию. Понятно, что ADS# - это стандартный сигнал процессоров.

Представленная опция указывает и на возможность отсутствия задержки, что повышает скоростные характеристики обмена данными в системе. Фактически данная опция позволяет устанавливать время, в течение которого процессор (или чипсет, контроллер памяти) будет ждать от чипсета (процессора) сигнал статуса адреса данных, который определяет скорость отложенной записи на системной шине. Понятно, что речь также идет о передаче данных в PCI-интерфейс. Значение, устанавливаемое по умолчанию, менять нет необходимости. Однако при установке более скоростного процессора скорость можно и увеличить, т.е. снять задержку.

Вынесенная в заголовок опция имеет два значения: "1T", "No Delay".

А вот опция "Cyrix M2 ADS# delay" предложила стандартные "Enabled" и "Disabled". Опция "Latency from ADS# status" предложила числовые значения в тактах системной шины: "2T" (по умолчанию), "3T".

Необходимо понимать, что устанавливая "время задержки", мы тем самым определяем временные характеристики циклов записи. И с учетом того, что использование буфера отложенной записи ведет, как правило, к формированию небольших пакетов (двойными словами или в два DW). Поэтому установив значение "3T", мы получаем 5 системных тактов для каждого двойного слова. Арифметика тут простая. 3 такта задержки, один адресный такт и один такт на считывание данных.

CPU BIST Enable

- в некоторых чипсетах, начиная с 430-й серии, нашли применение специализированные BIST-регистры. Большой нагрузки они не несли. Если система (чипсет + процессор) поддерживает функцию встроенного самотестирования (Built-In Self Test), то BIST-регистр хранит в своих разрядах команды "Start BIST" или "Completion Code". Если "система" не поддерживает BIST-функции, то установка опции в "Enabled" не даст эффекта, а в соответствующих разрядах регистра будут установлены "0".

Встроенный и, что немаловажно, полноценный механизм самотестирования BIST был реализован в процессорах Pentium III. Он обеспечивал постоянный контроль над зависаниями и сбоями в микрокоде, больших программируемых логических матрицах, а также обеспечивал тестирование кэша команд (инструкций) и кэша данных, буферов TLB (Translation Lookaside Buffer - буфера страничной переадресации) и сегментов памяти ROM. В течение 10-30 мсек (время связано с внутренней частотой ядра процессора) внутренним тестированием охватывается около двух третей всех внутренних блоков процессора. Лишь только после завершения теста процессор переходит в рабочий режим, результаты же теста фиксируются в регистре EAX.

CPU Drive Strength

- данная и не совсем ясная опция определяет интенсивность (strength), а точнее длительность действия сигналов при передаче данных от чипсета к процессору. Параметр измеряется в системных тактах. Чем выше значение параметра, тем выше длительность сигналов, а применение этой опции "BIOS Setup" может оказаться полезным для процедур "разгона" процессоров. Но не для всякой системы увеличение значений опции может привести к сохранению стабильности "разогнанного" процессора. Значения опции следующие: 0, 1, 2, 3.

Осталось добавить, что данная опция требует дополнительного уточнения.

CPU Fast String

- (быстрые операции со строками). Разрешение этого параметра ("Enabled") позволяет использовать некоторые специфические особенности архитектуры семейства процессоров Pentium Pro (Pentium II, Deschutes и т.п.), в частности, возможность кэширования операций со строками. Надо только понимать, что и в самой пользовательской программе должны быть выполнены условия для включения этого механизма. Эти условия указаны в документации на любой процессор данного семейства. Параметр рекомендуется оставлять в состоянии "Разрешено".

CPU Line Read Multiple

- в данной опции речь идет о чтении процессором т.н. "full cache"-линии. Когда "cache"-линия заполнена данными, то их объем составляет 32 байта (восемь двойных слов). Поскольку линия "полная", система точно знает, как долго данные на линии будут считываться. На это системе потребуется 4 такта, после чего будет выставлен новый адрес. Поэтому системе не требуется сигнал об окончании передачи данных, и система не будет находиться в ожидании такого сигнала, будучи свободной для решения других задач. Когда опция включена ("Enabled"), процессор сможет считывать данные одновременно с нескольких "full cache"-линий. По умолчанию - "Disabled".

Опция может называться "CPU Multiple Reads".

Перечисленные ниже функции не содержат свойств множественности, но их размещение в данном месте более чем оправдано. Вот их наименования: "Allow Full Line Reads", "Full Cache Line Reads", "CPU Line Read". Каждая из них через "Disabled" или "Enabled" запрещает или разрешает использование "полных" линий чтения.

Опция "CPU-to-PCI Read-Line" имеет значения "On" и "Off", но различия на этом не заканчиваются. Опция под таким наименованием была введена и оптимизирована для работы с процессорами Intel OverDrive. Поэтому повышение эффективности использования CPU может быть достигнуто только с указанными процессорами. В противном случае опция должна быть отключена.

CPU Read Multiple Prefetch

- опция включения/отключения режима множественной предвыборки. Смысл процесса предвыборки (prefetch) заключается в том, что процессор, выбирая нужную инструкцию (например, из PCI-шины или памяти), одновременно начинает читать следующую, тем самым инициируя следующий процесс. Этому "способствует" то, что чипсет может иметь четыре линии чтения. Например, первые наборы логики с поддержкой процессоров Pentium Pro (Intel 450KX/GX, оба с кодовым названием Orion) как раз имели 4 такие линии чтения. Множественная же предвыборка позволяет выполнять одновременно несколько операций выборки инструкций, что существенно повышает быстродействие системы. По умолчанию устанавливается "Disabled".

Опция может называться и "CPU Multiple Read Prefetch".

Если же речь не идет о "множественных" операциях, то опция может называться "CPU Line Read Prefetch", "CPU Read Prefetch".