Структура гу

Связь ЕМ с внешним миром с пом . самых разнообразных П/. Каждое ГУ подключается к |VBB посредством индивидуальной шины . Интерфейс взаимодействия I^BB и ГУ называют «малым ».

Всё множество ГУ - на три категории :

• для общения с пользователем (монитор , принтер , клавиатура ... ),

• для общения с ЕМ (внешние 3/ - стриммеры , опт. диски , датчики ,исполнительные механизмы )

• для связи с удалёнными устройствами (удалённые объектыпервых двух групп + другие ЕМ

Обмен данными с МБ

утр -я

Логика управления

Сигналы от МБ

Информация состояния ГУ и МБ

Буферная память

Преобразователь

Структура ГУ

Обмен данными с внешней средой

Сяайд 11

Модули

_{/вывода}

Модуль ЕБ отвечает за управление одним ил/| несколькими П/ и обмен данными между этими П/ и ОЗУ с ЦП . Основные функции МЗВ :

• Локализация данных

• Управление и синхронизация

• Обмен информацией

• Буферизация данных

• Обнаружение оилбок

системная шина

регистры				регистры
ввода				вывода
регистры				регистры
состояния				управления
			р
упрявл&ние-

Порт ввода -вывода

регистр ввода для приема входных данных от П/ регистр вывода для вьщачи данных из ф в П/ регистр состояния П/ регистр управления (регистр режима ) схема управления и селекции П/

Сяайд 12

Printed with FinePrint- purchase atwww.fineprint.com

Модули

_{/вывода}

Локализация данных - возможность обращения к одном/ из П/ и адресации данных на нем .

Адрес - в адресной части команд ввода (in) вывода (out). СЕВ может содержать несколько МВБ , каждый МВВ имеет свой диапазон адресов .

Старшие разряды - выбор МВБ в рамках системы ЕВ. Младшие разряды -адреса регистров модуля либо подключенных к нем/ П/.

МВБ проверяет поступивший го LUA адрес на попадание в «его » диапазон . Если попал - дешифрация адреса , перенаправление информации к адресуемому объекту ил/i от него .

Дгн простейших устройств (клавиатура , принтер и т.п.) адрес П/

Сяайд 13

однозначно определяет и расположение данных на зтсм устройстве . Дгн более сложных В/ (например , внешние 3/) информация о нахождении данных требует детализации - например , номер записи (для ленты ), либо номер цилиндра (для диска ). Эта часть информации пересылается ье в адресе , а в виде служебных сообщений го ИД . Обработка данной информации в модуле сложнее , чэч выбор регистра ил/| П/. Например , МВБ б/дет вынужден сам организовать поиск информации .

Модули

_{/вывода}

Управление и синхронизация - МВБ должен координировать транзакции данных между ЕМ и П/. Следует учитывать след . факторы :

1_р может взаимодействовать с несколькими П/, быстродействие разных П/ очень сильно отличается , если используются шл-ы - то каждый обмен между ф и МВБ требует одну илл несколько процедур арбитража ии-ы .

Ввод /вывод - нэ синхронная операция -> обмен сигналами подобно

асинхронным шинам -«handshake». Дгн 2-сигн . системы -4-ре шега : 1. 1_П с помощью сигнала ДД =1( данные

(1)

_т

достоверны ) сообщает о доступности данных , подлежащих вьводу . Z Приняв данные , устройство сообщает ф сб и<

(2)

(4)

получении сигналом Д1 =1( данные приняты > ~

71. Получив подтверждение Д1, 1_Р обнуляет ДД и Д1снимает данные с ОД .

72. Обнаружив ,чго £Д =0, устройство выводаснимает Д1, обрабатывает полученные данныеи переходит в состояние готовности получения

НОВОЙ ПОРЦИИ ДаННЫХ .

14

Printed with FinePrint- purchase atwww.fineprint.com

Модули

_{/вывода}

Обмен информацией - основная функция [^ББ . Со стороны «большого » интерфейса - с ЦП , оэ стороны «малого » - с В/. Типовая последовательность операций ЦП пси вводе /выводе :

1. Выбор требуемого периферийного устройства

Z Определение состояния МВВ и П/

73. Выдача указания МВВ на подключение нужного П/ к процессору

74. Получение подтверждения на подключение П/

5l Распознавание сигнала готовности устройства к передаче очередного пакета информации

75. Приём (передача ) информации

76. Цикл п.5 и 6 да завершения передачи информации в полном объёме

77. Логическое отсоединение П/ от процессора .

Функция обмена информацией с ЦП включает в себя : Дешифрацию команды (полученной го Ш/) Пересылку данных между МВВ и ЦП го ОД Извещение о состоянии П/ Распознавание адреса П/

Сяайд 15

Модули

_{/вывода}

Буферизация данных - различие в скорости обмена разных ПУ компенсируется буферизацией . |VBB должен уметь работать <о скоростью СВУ и самого медленного ПУ, к нему подключенного .

Устройство	Режим работы	Скорость передачи , Кбайт /с
Клавиатура	ввод	ОД
Мышь	ввод	0,02
Сканер	ввод	200
Матричный принтер	Вьвсд	1
Лазерный принтер	Вьвсд	100
Дисплей	Вьвсд	30000
Локальная сеть	Ввод /вьвсд	200
Гибкий диск	память	5)
Оптический диск	память	500
Магнитный диск	память	2000

Сяайд 16

Printed with FinePrint- purchase atwww.fineprint.com

Модули

_{/вывода}

Обнаружение ошибок - одна из важнейших функций MB . Модуль должен оповещать Ц1 в каждом случае обнаружения ошибки . Причины возникновения ошибок :

- воздействие внешней среды , старение элементной базы

(механика - износ , электроника - изменение сигналов ), системное ГО , пользовательское ГО .

Самые частые причины - загрязнение и влага (оптика и механика ), температура окр . среды (электроника , механика ), электромагнитное воздействие , скачки напряжения питания .

ГТО :

- непредвиденные последовательности команд или кодовые

комбинации

• некорректное распределение памяти

• недостаточный размер буфера ввода /вывода

• нарушение последовательности выполнения программы

• некорректность процедуры .

Вероятность ошибки внутри Ц1 -Ю~^в,дпя остальных составляющих ЕМ -Ю"⁸-Ю"^е

Структура модуля

_{/вывода}

«Большой » интерфейс

«Малый » интерфейс

Дачные

Регистр данных

Регистр состояния

Узел

«малого » интерфейса ГУ ₁

состояние ifp -ние

Регистр управления

DC

Узел

«малого » интерфейса П/_п

Цачные

состояние

Vrp -ние

LUA

Селектор адреса

Узел

управления вводом / выводом

Слшд

Printed with FinePrint- purchase atwww.fineprint.com

Структура MB

Данные передаваемые в и из МЗВ - буферизируются в регистре данных (разрядность = ЩЦ ) Большинство ГУ ориентировано на побайтовый обмен информацией -> узел упаковки /распаковки . В

случае нескольких ГУ - Щ тоже может быть несколько .

Регистр управления - фиксирует поступившие из ЦП команды . В сложных МЗВ - FV несколько - один для всего модуля и + для каждого из ГУ.

Регистр состояния - хранение битов состояния (готовность , занятость , offline ) I^BB и подключенных к нему ГУ. Может быть несколько регистров .

СВВ предусматривает работу с каждым регистром |VBB или ГУ го отдельности - определяется системой адресации .

Узел управления - координация работы всех составляющих МЗВ и обеспечение взаимодействия с ЦП . Сигналы синхронизации , состояния , прерывания , сигналы арбитража и т.п.

Сяаид 19

Структура MB

Малый интерфейс - подключение ГУ и взаимодействия с ними . ГУ подгоняются под един из стандартных протоколов . Каждое из ГУ обслуживается своим узлом малого интерфейса , который реализует принятый для данного ГУ стандартный протокол взаимодействия .

Основная задача МЗВ - освобождать ЦП от необходимости знания деталей конкретных ГУ, с тот , чтобы ЦП мог управлять ГУ с помощью простых команд чтения /записи . МЗВ при этом берёт на себя задачи синхронизации , согласования форматов данных и т.п.

Модуль ЕВ, который берёт на себя детальное управление ГУ и общается с ЦП только с помощью команд высокого уровня -называют каналом ввода /вывода или процессором ввода /вывода .

Наиболее примитивный МЗВ, требующий детального управления от ЦП - контроллер ввода /вывода или контроллер устройства .

Слайд 33

Printed with FinePrint- purchase atwww.fineprint.com

_{Система ввода -вывода}

Способы обмена :

• программный (ье форсированный )

• го прерываниям (форсированный )

• гри прямом доступе к памяти (аппаратный )

Сяайд 21

Программно управляемый ЕВ

Чтение из регистра состояния

Нет

Проверка состояния Не гитовы \МЗВ и ГУ

Ошибка

Готовы

Начало

Выдача команды ввода в МББ

-> ф

Запись слова в память

Подсчёт введённых слэв

ф->О1

Ф

Ф

Ввод слова из

-> ф

Блок -схема процесса ввода данных с устройства гри ПУВВ

Сяайд 22

Printed with FinePrint- purchase atwww.fineprint.com

_{Система ввода -вывода}

Программный ввод -вывод :

Четыре типа , команды которые может получить

• управление (активизация ГУ и указание требуемой операции -например , для стриммера - перемотка или прокрутка впред наодну запись )

• проверка (включено т, готово т к работе устройство ,завершена пл последняя операция , были пл ошибки и т.п.)

• чтение (получить элемент данных из П/ и занести его в регистрданных , а затем на [Щ )

• запись (принять элемент данных с ИД и переслать его вЩ споследующей записью в П/)

Минусы способа : неэффективный простой процессора из-за

ожидания готовности очередной порции информации . Пересылка даже одного слова требует несколько команд .

Плюсы способа : Простота , лёгкость изменения приоритета работы с W (определяется процессором ), подключение к СБВ новых ГУ и отключение старых - без сложностей .

Слайд 23

Ввод /Вьвод го прерываниям

Инициализация

Вход

иораоотка прерывания

Запись слова в память

Признак Проверка \ошибки состояния и П/

Начало

Вьщача команды ввода в

Конец

Чтение из регистра состояния

Нет

Подсчёт введённых слэв

Выдача команды ввода в

Выход

Блок -схема процесса ввода данных го прерыванию

Сшид 24

Printed with FinePrint- purchase atwww.fineprint.com

_{Система ввода -вывода}

Ввод /вывод го прерываниям : эффективнее программно управляемого ЕВ - устраняет ненужные циклы ожидания , однако обработка прерывания требует дополнительного времени . Ещг один минус -пересылка всех данных идёт через процессор .

Два вопроса - идентификация устройства , которое инициировало прерывание , и арбитраж запросов .

Идентификация возможна тремя путями :

• множественные линии прерывания

• программная идентификация

• векторное прерывание .

Сяайд 25

_{Система ввода -вывода}

Множественные линии прерывания - решение задачи «в лоб », простое , ю не совсем рациональное - много управляющих линий .

Программная идентификация - после обнаружения запроса на прерывание , Ц1 переходит к общей программе прерывания , опрашивающей МЗВ и выясняющей , кто был инициатором запроса . Может быть реализован с помощью отдельной линии опроса либо с помощью спец . регистров в МЗВ . Недостаток метода - потери времени на опрос .

Наиболее эффективный вариант - аппаратнаяреализация векторного прерывания . Получивподтверждение прерывания от ф, МЗВ выставляетна ИД спец . слово - вектор прерывания . _{Сяеь ъ}

Printed with FinePrint- purchase atwww.fineprint.com

_{Система ввода -вывода}

Получив подтверждение прерывания от ф, МЗВ выставляет на ИД спец . слово - вектор прерывания .

Слово содержит либо адрес МЗВ либо другой уникальный идентификатор , который может быть указателем на соответствующую процедуру обработки прерывания . Реализация - с помощью таблицы векторов прерывания . Вход в таблицу - вектор прерывания . Начальный адрес таблицы задан неявно , т.е. под таблицу отводится определённая область памяти .

Два варианта реализации векторной идентификации источника прерывания - цепочечный опрос и арбитраж шины .

Сяайд 27

_{Система ввода -вывода}

Цепочечный опрос - для передачи запроса на прерывание используется общая линия . Линия подтверждения - последовательно проходит через все МЗВ . Подтверждение прерывания посылается через Ц1, и последовательно доходит до инициатора прерывания . Запросивший выставляет на 11Д свой вектор прерывания .

л

Шина занята (11В)

■ ,

"° ^ га ю о. о. н га ф =Г

пш

Ведущий п

Ведущий ' п-1

Веду . С

ций

1

1

1

Запрос шины

(3LJ)

Слшд

Printed with FinePrint- purchase atwww.fineprint.com

_{Система ввода -вывода}

Арбитраж цины - прежде чем выставит на 1_Щ свой вектор , МЗВ должен получить право на управление шиной -> в каждый момент времени только один МЗВ может активизировать линию запроса прерывания .

ф подтверждает запрос и МЗВ выставляет вектор прерывания на шину данных .

Минусы В го прерываниям : темп передачи ограничен скоростью , с которой Ц1 в состоянии опросить и обслужить устройство ,

ЦП вовлечён в управление передачей , для каждой пересылки сн должен выполнить определённое количество команд .

Слайд 29

Прямой доступ к памяти

Требует наличия на системной шине дополнительного модуля -КГЩП , способного брать на себя функции ЦП го управлению системной шиной и обеспечивать передачу информации напрямую между СП и ГУ.

Если ЦП желает прочитать или записать блок данных , то сн помещает в КГЩП инициализирующую информацию :

• вид запроса (чтение /запись )

• адреса устройства ввода /вывода

• адреса начальной ячейки блока памяти , откуда читать или кудаписать

• количество слов , подлежащих чтению или записи .

Отправная точка - СП , поэтому чтение - это считывание из СП и запись в ГУ, запись - приём данных от ГУ и запись и< в СП .

Слайд 3D

Printed with FinePrint- purchase atwww.fineprint.com

Прямой доступ к памяти

ш/

НА

За-рос

-РФ-

Под Зауос грф

Счётчик данных

Регисф данных

Регистр адреса

Логика управления

Организация прямого доступа к памяти

Сяайд 31

Прямой доступ к памяти

К КГЩП могут быть подключены несколько П/, адрес УВВ -конкретизирует какое именно ГУ будет участвовать в обмене .

Адрес начальной ячейки - хранится в \А в КГЩП - и автоматически инкрементируется -указывает на след . пустую ячейку СП .

Размер блока в словах -> в счётчик данных . После передачи слова - де крементируется .0 в (Д - конец передачи .

После инициализации КГЩП обмен может начаться в любой момент . Инициатором может выступать как Ц1 , так и W. Устройство желающее начать В/В подаёт соотв . сигнал . КГЩП го получению сигнала подаёт запрос на ГДЛ . Ц1 освобождает LLA, ИД и линии управления , го которым передаются сигналы ПОЛ (ЧтЗУ , ЗпЗУ , Ев, Вьв . и линия вьщачи адреса на LLA). После чего сигнал -подтверждение ГНП и контроллер приступает к передаче данных .

Printed with FinePrint- purchase atwww.fineprint.com

Прямой доступ к памяти

Чтение (СП->ГУ). КГЩП выставляет на Ш\ содержимое FA и формирует сигнал ЧгЗУ . Считанное из СП слово помещается на [Щ . КГЩП выставляет на Ш\ адрес ГУ и формирует си тал Выв

При записи (ГУ->СП) КГЩП сначала выставляет на ЩЦ адрес устройства и формирует сигнал Ев, го которому введённые данные поступают на [Щ . После чего , помещает на Ш\ адрес ячейки СП и выдаёт сигнал ЗпЗУ . По этому сигналу данные записываются в СП .

В обоих случаях - буферизация пересылаемого слова в Щ

контроллера (необходимо для компенсации скоростей работы СП и ГУ) Сигналы Выв и и Ев формируются контроллером лишь гри получении от ГУ сигнала готовности .

По завершении пересылки КГЩП снимает «Запрос ГЩП », в ответ ЦП снимает сигнал «Подтверждение ГЩП ».

Сяаыд 33

Прямой доступ к памяти

Эффективность ГЩП зависит а способа распределения системной шины между ЦП и КГЩП в процесс пересылки блока :

• Елочная пересылка (КГЩП полностью захватывает СШ , на весьпериод ЦП нэ имеет доступа к шине )

• Пропуск цикла (после передачи каждого слова на один циклКГЩП освобождает системную шину)

• Прозрачный режим (КГЩП имеет доступ к системной шине,только в тех циклах , когда ЦП в ней нэ нуждается

Прозрачный режим - наиболее эффективен для ЦП , нэ существенно замедляет пересылку блока данных .

КГЩП вправе захватить шину в пределах цикла команды (в отличие от прерывания ЦП нэ нужно запоминать контекст задачи )

Сшйд

Printed with FinePrint- purchase atwww.fineprint.com

Прямой доступ к памяти

КГЩП вправе захватить шину в пределах цикла команды (в отличие от прерывания ЦП нэ нужно запоминать контекст задачи )

Выборка команды	Формирое -е адреса следующей	Декодирование команды	Вычисление Адресов операндов	Выборка операндов	Исполнение команды	Запись результата

команды

о о

_о

_о

_о

• О

Printed with FinePrint- purchase atwww.fineprint.com

С.шх) 35

Структурная и функциональная организация ЗВЧ (Computer Organization and Design )

БГУИР кафедра

доцент Самаль Дмитрий Иванович

т.284 -2L -61, dmitry _samal @mail. iu,

a.502-5

Лекция Б «Конвейеризация вычислений »

2007

_{План лекции}