6.4. Дабылдарды өңдейтін үрдісшінің типтік құрылысы (аст және сат қатынасынсыз)

МҮ-де шалғай функциялардың іске асуы. Функционирлеу үрдісінде басқарушы есептеу құрылғылары сандық ақпараттарды өңдеу ғана емес, сонымен қатар шалғай деп аталатын функцияның кең спектрін орындау қажет. Шалғай функциялар деп дәстүрлі түрде әрекеттің сыртқы құрылғылар деп аталатын(СҚ) мөлтікүрдісшілік жүйелер мен түрлі сыртқы қондырғылармен ақпарат алмасуда іске асатын есептеу тұрғысындағы емес әрекет деп түсінеді. Бұл әрекеттер ереже бойынша, түрлі бақылағыштар мен енгізу-шығару құрылғысы ретінде іске асып, уақыт функцияларының іске асуы, есептеу құрылғысы мен нысандардан сыртқы үзілісті дабылдардың өңделуі,жадыға тура енетін тәртіптің іске асуын деректерді тасымалдаудың параллельді және тізбектелген топтар түрінде көрсетіледі.

Берілген бөлімде есептеу топтары мен сыртқы немесе шалғай құрылғылармен (қабылдағыштар, реттеу нысандары мен орындаушы құрылғылары, қондырғымен жойылған байланыс каналдары арқылы т.с.с.).Деректермен алмасу тіркеушілер түрінде аппаратты орындалатын немесе мамандандырылған мөлтіксұлбалар түріндегі енгізу-шығару(ЕШ, ЕШ порттары) порты негізінде іске асады. Логикалық көз қараспен қарағанда ЕШ порты – ол жадының буферлік ұяшығы. ЕШ портының міндетті түрде кіріс пен шығыс желілері болады. Тасымалданатын және қабылданатын ақпараттың пішініне байланысты параллельді және тізбектелген тасымалдау порттары болып бөлінеді.

Деректерді параллельді және тізбектей тасымалдау. Ереже бойынша, порттарды басқару және оларға ену МҮ-дің(6.5-сурет) дабылдарымен қамтамасыз етіледі,сонымен қатар логикалық түрде порт - жүйенің ЕАК мен АКЕШ-да орналасқан жадының жай ғана ұяшығы.

6.5-сурет. Параллельді порттың шығару(а) және енгізудің(б) жалпы құрылысы.

Шығару кезінде ( портқа жазу тәртібі –6.5(а)-сурет) ақпарат тіркеуші портына орналасып, Жазу дабылы бойынша тіркеледі. Сондықтан порттардың шығысында деректер статистикалық түрде МҮ тарапынан басқа жазу орындалмағанынша болады.

Енгізу кезінде (порттан оқу тәртібі–6.5(б)-сурет) басқару дабылы бойынша МҮ-ден немесе СҚ-дан порттың тіркеушісіне сырқы енгізу-шығарудағы ақпарат жазылады, ал Оқу дабылы бойынша ақпарат ДШ-нан МҮ-ге шығарылады.

Жаңа үлгідегі МҮ-жүйелерінде ереже бойынша, параллельді екі бағытталған порттар қолданылады. Дәстүрлі түрде әрбір порттың жұмыс істеу тәртібін бағдарламалық түзету мүмкіндігі бар К580ВВ55 (аналогы Intel8255) мөлтіксұлбасы қолданылады. Берілген мөлтіксұлба синхронды бағдарламалық-басқаруда, асинхронды алмасуды да іске асырады.

Тізбектей тасымалдау порттарын (УАПП – UART) қозғалмалы тіркеушілердің(6.5-сурет) негізінде құрады. Бұл тіркеушілерге кодтың параллельдіден тізбектелгенге немесе керісінше түрленуі жүретін орын ауыстырудың синхронды импульсын беру қажет. Бұл импульстар жүйелік ТИГ-нан немесе автономды генераторлардан болуы мүмкін. Тізбектелген порттар ақпаратты тасымалдауда кем дегенде сегіз тактіні талап етеді, яғни МҮ-мен салыстырғанда баяу әрекет ететін болғандықтан келесі дабылдары «тасымалдаудың соңы» немесе «қабылдаудың соңы» бойынша МҮ-мен кері байланысы болу керек. Бұндай дабылдар үзілістер бақылағышы негізінде үзіліс дабылдары ретінде өңдеуді жүргізеді.

6.5-сурет. Тізбектелген порттардың жалпы құрылысы: а) тасымалдау порты; б) қабылдау порты

6.6-сурет үшін өздігінше дабылдардың уақыттық сызбасын салу.

Тізбектей тасымалданатын порттарды ығыстыратын автономды тіркеушілер негізінде немесе бағдарламалық түзету мүмкіндігі бар мамандандырылған мөлтіксұлбалармен(мысалы, Intel8251 аналогы К580ВВ51) іске асады. Бұл тасымалдаудың жылдамдығы мен кодтық хабардың құрылымын тасымалдау жылдамдығын реттеу мүмкіндігін береді. (старт- бит пен стоп-биттің генерациясы, жұптылықты бақылайтын битті тасымалдау).

Тізбектелген порттарды дәстүрлі түрде жойылған қондырғыларға деректерді модем, радиоканал,оптикалық байланыс желісі арқылы тасымалдауда қолданады.

Үрдісші мен басқа құрылғылардың арасында деректер алмасудың хаттамасының сипаттамасы.

Деректердің даярлығын күтпей синхронды алмасу. Бұл алмасудың түрі үрдісші мен жадының арасында іске асқан. Сонымен қатар, жадының мөлтіксұлбасының (tТАҢ– таңдау уақыты, tЖЗ – жазу уақыты) жылдам әрекет етуі үрдісшімен іске асатын оқу-жазу айналымының ұзындығына сәйкес келу керек. Алмасуға әр қашанда үрдісші түрткі болады. (бұйрықтарды оқу, бұйрықтардың орындалу барысында деректерді тасымалдау – әрекеттері).

Бағдарламалы-басқарылатын алмасу – бұл үрдісші мен сыртқы құрылғылар арасындағы алмасу түрі. Түрткі ретінде үрдісші болады. Хаттаманың мүмкін болатын нұсқалары:

·      даярлықты күтпейтін синхронды алмасу – бағдарламаның қатал іске асу барысында енгізу-шығару бұйрығының орындалу кезінде;

·      деректердің даярлығын күтетін асинхронды алмасу:

- үрдісшінің READY кезіндегі даярлықтың аппаратты анализы ;

- порттың қандай да бір желісі арқылы даярлық дабылына бағдарламалық сұраныс жасау.

Бұл жерде екі алгоритмдік сұлба іске асуы мүмкін (6.6-сурет):

6.6-сурет. Деректердің даярлығын күтетін алмасудың алгоритмдік сұлбасы: а) «айналымды» опрос; б) периодтық сұраныс.

«Айналымды» сұранысына сыртқы қондырғының істен шығуы немесе дабылдарды тасымалдау желісінің үзілуі қатты әсер етеді. Бұл хаттамаға мысал ретінде АСТ мен есептегіш топтаманың интерфейсі келтіруге болады. АСТ мен «деректердің даярлық» дабылы үрдісшінің READY кірісіне немесе бағдарламалық жолмен сұралатын енгізу портының бір желісіне берілу қажет. Берілген хаттаманы сыртқы құрылғыларының саны аз және периодтармен жеткілікті түрде жұмыс істеген кезде, ал күту уақыты үрдісшінің ондаған тактілері болған кезде қолданылады.

Үзілістер бойынша алмасу. Бұл хаттама асинхронды алмасуды сипаттайды. Алмасуға әрқашанда сыртқы құрылғы түрткі болады. Алмасуды басқару әрекеті үзілістерді өңдеуде іске асқан. Бұл процедуралар үзіліс дабылдарын құрып, СҚ алмасуды талап еткенде белсенді түрде қолданылады:

·        бағдарламалық сұраныстары бар үзіліс: сыртқы құрылғылар INT жалпы сұранысын “НЕМЕСЕ” логикалық сұраныс бойынша түзеді. INT дабылы бойынша үрдісші алмасуға сұраныс жасаған құрылғыларды идентификацияландырып және оның қызмет етуін сол құрылғылардың бағдарламалы(үзілісті өңдеудің жалпы процедурасында) түрде анализдейді. (өз бетінше қосылу сұлбасын құрастыру);

·        вектор бойынша үзіліс: алмасуға сұраныс жасаған сыртқы құрылғының идентификациясы үзілістің аппараттық бақылағышымен орындалады. Құрылғының нөмірі ( үзілістің нөміріне сәйкес келетін екілік код) INT дабылы мен INTA жауабын алғаннан кейін үрдісшіге беріледі. Үзіліс коды бойынша өту векторының кестесі арқылы қажетті процедура белсендіріледі(қазіргі жағдайда алмасу процедурасы). Сондықтан АСТ мысалында «деректердің даярлық» дабылы үзіліс бақылағыштарының бір кірісіне берілу қажет. Бұл алмасудың түрі көп каналды жүйелерде қолданылады, бірақ аппараттық көмекті бағдарламаланатын үзіліс бақылағыштарының мөлтіксұлбасы түрінде талап етеді. Үзіліс бойынша алмасудың хаттамалардың артықшылығы мөлтікүрдісшілік жүйенің сыртқы қондырғылардың істен шығу кезінде қызметінің қорғалуы мен үрдісшінің деректердің даярлығын күту барысында өндірілмейтін әрекеттерден арылуында.

Дабылдардың уақыттық диаграммасы. Есептегіштің жұмысы мен бүйрықтардың орындалу мақсаттарын сипаттау үшін дабылдардың уақыт бойынша өзгеру диаграммасын қолдану ыңғайлы. Қарастырылатын дабылдардың барлығы сандық болғандықтан диаграммада олар төменгі және жоғарғы шартты деңгейлермен бейнеленеді. Шинадағы ақпараттар 6.7-суретте көрсетілгендей бейнеленеді.

6.7-сурет . Шина дабылдарының уақыттық диаграммада бейнелену мақсаты:

1-     кодтың синхронды өзгеру моменті,яғни шинаны құратын барлық жолсеріктерінде(шиналардың барлық дабылдары өзгермеуі мүмкін) дабыл деңгейлерінің өзгеруі;

2-     шиналардағы дабылдардың өзгермейтін орнықты күйі;

3-   шинаға қосылған  барлық құрылғылардың шығыс буферлері сөндірулі(үшінші) күйдегі дабылдардың болмауы.

Бұйрықты қайта жіберуді орындау диаграммасының мысалдары. Шинаның адресіндегі уақыттық диаграммасын ( желісінің), деректер шинасында және үрдісшінің А тіркеушісінен жадыға байтты қайта жіберудің кейбір жалпылама бұйрықтың орындалу кезіндегі жадыны басқару желілерінде #MemR және #MemW қарастырсақ. Егер бұйрық 3 байтты пішімге ие болып, бірінші байт тіркеушіден жадыға қайта жіберу кодтық амалынан тұрса, ал екінші мен үшінші байт ұяшықты қабылдайтын адрестен тұрады. Бұл дегеніміз бұйрықта жадының тура адрестеуі қолданылуы. Кез-келген бұйрық әрбір машиналық айналыста жадымен қолдану(немесе шалғай топтамаға) әрекеті орындалатын тізбектелген машиналық айналымдар сияқты іске асады.

Әрбір кезектегі байтты оқу айналымында шинаның адресіне берілетін адрестердің бұйрығы міндетті түрде РС тіркеушісінен алынады. Жадыдағы бұйрықтың кезектегі байтын оқығаннан кейін РС тіркеушісінің құрамы автоматты түрде 1-ге артуына назар аударсақ.

Ақпараттар желісінің адресіне үрдісшіден беріліп, деректерді шина бойынша тасымалдау бағыты орындалатын іс-әрекетке тәуелді болып, қазіргі басқарудың белсенді дабылымен #MemR немесе #MemW анықталады. Бұл дабылдар инверсті логикада құрылады, яғни төменгі деңгей дабылдың белсенді күйіне сәйкес келеді.

Бұйрықтың кодын алуда бірінші машиналық айналымның соңында үрдісшінің құрамындағы бұйрықты қайта шифрлеу топтамасы алынған кодты анализдейді. Келесі машиналық айналымдардың іс-әрекеті амалдың алынған кодымен анықталады.

Жадыдан бұйрықтардың тізбектей оқылуын басқару. Үрдісшінің қызметі жадыдан бұйрықтарды тізбектей таңдау мен олардың орындалуы болып табылады. Бұйрықтың келесі байты адресі PC бұйрықтың есептегішінде сақталатын жадының ұяшығынан алынады. Әрбір байт оқылғаннан кейін автоматты түрде келесі іс-әрекет орындалады: PC := PC + 1(6.8-суретті қараңыз). Сондықтан аппараттық деңгейде жадыда бірінен кейін бірі орналасқан бұйрық кодтарының оқылуы қамтамасыз етіледі.

Егер алгоритмге сәйкес бұйрықтардың орындалуының тура тізбектелуін өзгерту керек болса (мысалға, алгоритмдерде бұтақтанудың ұйымдастырылуында, деректерді айналымдық өңделуін іске асырғанда),онда бұндай жағдайларда бағдарламалау үшін басқаруды тасымалдау немесе ауысу арнайы бұйрықтары қолданылады. Бұл бұйрықтардың әрекеті, РС-ға мәжбүрлі түрде жадыда орналасуына емес, келесі алгоритмнің бұйрықтарының адресі болатын мәнінің жүктелуі болып табылады. 6.8-суретте бұтақтанудан тұратын алгоритм мен жадыда бағдарлама бұйрықтарының (нақты мөлтікүрдісшіге қатысты болмайтын)абстрактілі орналасуының мысалдары келтірілген.

6.8-сурет. Шартты ауысу бұйрықтарының орындалу сұлбасы.

3-бұйрық 3 байт пішімінде және шартты ауысу бұйрығы болсын делік. Бұл бұйрықтың екінші және үшінші байттары 6-бұйрықтың адресінен тұрсын. Сонымен 3-бұйрықтың толық алынған кезде келесі әрекет орындалады: PC= PC + 3 (бұл 4-бұйрықтың адресі болады). 3-бұйрықтың орындалу барысында кейбір шарттардың тексерілуі жүреді. Шарт ақиқат болған жағдайда РС тіркеушісінде 3-бұйрықтың адрестік бөлімінде сақталатын жаңа адрес,яғни 6-бұйрықтың адресі жазылады. Сондықтан адрестен алынатын келесі бұйрық 6-бұйрық болады, яғни басқаруды алгоритмнің қажетті жеріне берілуі орындалады. Тексерілетін шарт жалған болған кезде, бұйрық есептегішінің құрамы өзгермейді және келесі орындалатын 4-бұйрық болады.