46. Программно-управляемая передача данных (управление по командам (int, out, вв/выв))

Программно-управляемая передача данных осуществляется при непосредственном участии и под управлением процессора, который при этом выполняет специальную подпрограмму ввода-вывода. Данные между памятью и периферийным устройством пересылаются через процессор. Операция ввода-вывода инициируется текущей командой программы или запросом прерывания от периферийного устройства.

Программно-управл. передача данных – один из способов реализации интерфейса МП.

При программно-управляемой передаче данных процессор на все время этой операции отвлекается от выполнения основной программы решения задачи. Операция пересылки данных логически слишком проста, чтобы эффективно загружать логически сложную быстродействующую аппаратуру процессора. В результате при использовании программно-управляемых передач данных снижается производительность вычислительной машины. 

Обмен данными осуществляется по командам ЭВМ, входящих в состав программ: -In Port / -Out Port. Порт входа-выхода - адрес для обращения к порту. Обычно находится в диапазоне в зависимости от ЭВМ. Порт это устройство, предназначенное для временного хранения данных в процессе их передачи между ЭВМ. Простейшее устройство, которое реализует свои функции, называют интерфейсный БИС-порты ввода-вывода. Все регистры портов ввода вывода с точки зрения ЦП рассматриваются как обычные ячейки  памяти которые можно записать или из которых можно считать информацию.

При разработке систем ввода-вывода должны быть решены следующие проблемы:  1) Должна быть обеспечена возможность реализации машин с переменным составом оборудования. 2) Для эффективного использования оборудования ЭВМ должны реализовываться параллельная во времени работа процессора над программой и выполнение периферийными устройствами процедур ввода-вывода. 3) Необходимо стандартизировать программирование операций ввода-вывода для обеспечения их независимости от особенностей периферийного устройства. 4) Необходимо обеспечить автоматическое распознавание и реакцию ядра ЭВМ на многообразие ситуаций, возникающих в ПУ (готовность устройства, различные неисправности и т.п.).

В состав МП-системы включаются программируемые адаптеры – это интерфейсные БИС, имеющие несколько каналов ввода-вывода, способные воспринимать команды от МП для реализации различных режимов передачи данных. Все ПК имеют программируемые интерфейсные адаптеры, поэтому после включения питания БИОС инициализирует эти интерфейсные адаптеры, т е программирует их в заданный режим работы.

47. Одношинная (Принстонская) архитектура

Архитектура – совокупность принципов взаимодействия между аппаратными и программными средствами, обеспечивающих определенные функциональные свойства или возможности ЭВМ.

Знание архитектуры МП систем позволяет оптимальным образом распределить функции между аппаратными и программными средствами. Архитектура бывает одношинной, 2хшинной, 3хшинной.

Контроллер шины управляет всеми передачами информации по общей шине, т.е. устанавливает определенные приоритеты устройства. КУВВ кроме подключения к системной шине, еще имеет спец. шину Вв/Выв, которая используется для подключения внешних устройств.

Одношинная архитектура наиболее простая архитектура и требует минимальных аппаратных затрат, по этому она получила наибольшее распространение.

Одношинная архитектура – или принстонская архитектура или архитектура фон-Неймана.

Впервые одношинная архитектура была предложена в 1954 году.

Одношинная архитектура наиболее простая архитектура и требует минимальных аппаратных

затрат, по этому она получила наибольшее распространение.

Достоинство: Простота технической реализации

Недостатки:

1. Структурно низкое быстродействие, так как выполнение каждой команды происходит в две фазы:

a. Подготовительная – в это время из запоминающего устройства (центр. процессора) считывает код команды. Дешифратор команд определяет тип команды и способ адресации.

b. Исполнительная. Из ЗУ по общей шине считываются операнды. Выполнение операции над операндами и результат опять записывается в ЗУ по этой шине.

2. Одношинная архитектура фон-Неймана имеет низкое быстродействие из-за того, что отдельные блоки МП системы за время выполнения одной команды используется различное число раз.

3. Так как элементная база всех блоков примерно одинаковая, то ресурсы используются не рационально. Поэтому для устранения этого недостатка архитектуры фон-Неймана была предложена другая регистровая архитектура. При этом в составе ЦП формируется регистровый блок: блок регистров общего назначения и блок регистров специального назначения.

Принципы фон-Неймана:

1. Устройство управления работает на основе выполнения последовательности команд.

2. Последовательность команд – программа, которая хранится в памяти.

3. Каждая команда состоит из 2х частей (операторы и операнды). Оператор указывает действие, которое необходимо выполнить над операндами. Операнды указывают адреса ячейки памяти, где находятся коды чисел.

4. Работа МП заключается в последовательном выполнении команд.

48. Экстремальные микропроцессорные системы (максимум определенного характера)

Экстремальные микропроцессорные системы – такие системы, которые способны обеспечивать максимум определенного параметра объекта: мощность, быстродействие системы, качества управления, точность.

Для максимального быстродействия применяется релейный закон управления.

Минус – большие потери мощности.

Реально при разработке МПС управления экстремальные системы применяются очень редко, т.к. обеспечивая максимум одного параметра, все остальные параметры могут быть очень плохими, при этом система становится неконкурентоспособной.

Поэтому наиболее часто реализуется оптимальное управление - управление, при котором обеспечивается максимум или минимум определенного функционала, специально разработанного для оптимизации работы системы.

Оптимальное управление – это управление, при котором обеспечиваются max и min определенного функционала, специально разработанного для оптимизации работы системы, обеспечивает такое соотношение между параметрами системы, которые гарантируют высокое качество работы. При этом система может быть с переменными параметрами. Ф(∆x(t), ∆k(t)) – функционал.

Оптимальные системы находят экстремум функционала, который зависит от всех параметров системы, но не гарантирует экстремум каждого из параметров.