ЭВМ rtm

1. 1 Место и роль ВТ. Состояние и перспективы развития. Принципы развития ВТ (МММ). Обобщенная структурная схема ВТ.

Создано 4 поколения ЭВМ:

1. 1945 -1964г. создание машины ЭНИАК на электронных лампах. Большинство машин первого поколения были экспериментальными машинами и строились с целью проверки тех или иных теоретических положений. Основоположниками считаются К. Шеннон – создатель теории информации, А. Тьюринг – математик, который разработал теорию алгоритмов, Джон фон Нейман – автор конструкции вычислительных машин.

2. 60-е годы. ЭВМ и ЗУ построены на транзисторах, линиях задержки. В качестве устройств памяти стали применять магнитные сердечники и барабаны => уменьшились размеры и стоимость.

1.2 Впервые появилась ОС. Разработаны первые языки высокого уровня (фортран).

3.1965-1974г. ЭВМ построены на интегральных микросхемах (ИМС). ЗУ на ИМС. Появилась полупроводниковая память. Интегральные схемы на большом количестве транзисторов. UNIX, Си. 1971 г. изобретен микропроцессор. Построены на основе больших и сверх БИС.

4. 1975-1985г. всё меньше новшеств, повышение мощности и массовость.

ЭВМ предназначены для обработки информации и отображения результатов обработки.

Во время решения задачи программа и операнды (числа, над которыми производится операции) находятся в оперативной памяти (ОЗУ). Быстродействи ОЗУ соизмеримо с быстродейст АЛУ. В процессе решения задачи АЛУ постоянно взаимодействует с ОЗУ,

1.3 передавая в ОЗУ промежуточные и конечные результаты и получая из ОЗУ операнды действия всех частей ЭВМ при решении задачи осуществляется под воздействием управляющих сигналов, вырабатываемых устройством управления в соответствии с программой, записанной в ОЗУ. Качество ЭВМ определяется: объемом ОЗУ; быстродействием. После выполнения задачи, программа и результаты через устройство вывода записываются во внешнее ЗУ. Программа вводится в ОЗУ с внешних ЗУ или с

1.4 клавиатуры через устройство ввода. Развитие ВТ осуществляется по принципу МММ, а также по принципу регулярности (т.е. закономерной повторяемости элементов структуры и связей). МММ:

Модульность – конструктивная, функциональная и электрическая законченность вычислительных устройств. Магистральность – упорядоченный способ организации связи внутри модулей (например, шинная организация ). Микропрограммность – обеспечивает гибкость за счёт смены микропрограмм, что позволяет осуществлять параллельное решение задач, увеличивает надежность больших интегральных схем за счет их серийности.

1.5 Основой компьютера является системная плата, представляющая собой фольгированный лист стеклопакета, на котором находятся основные электронные элемент, МП, ОП, кварцевый резонатор, BIOS, вспомогательные МС. Плата имеет многослойную структуру. Большинство системных плат содержит лишь основные узлы, а отсутствующие элементы могут располагаться на отдельных печатных платах. Разъемы связаны друг с другом на мат. плате проводниками для передачи данных, адресов и управляющих сигналов, характеристики которых отвечают определенному набору, который является стандартом на системную шину. Основной характеристикой системной платы является её геометрический размер.

1.6 МП – это сверх БИС, реализованная на 1 кристалле (чипе). Обязательные компоненты: АЛУ (арифметико-логическое устройство) и УУ (устройство управления). Они характеризуются тактовой частотой, разрядностью и набором команд. Архитектура МП определяет регистры, стеки, систему адресации и типы обрабатываемых данных. Используемые типы данных: бит, полубайт, байт, слово, двойной слово.

Выполняемые команды: арифметические, логические, передача управления, перемещение данных. Как правило, обработка команды в МП осуществляется в 4 этапа: выборка, декодирование, выполнений, запись результата. С ВУ МП связан благодаря ША, ШД и ШУ. Объем физически адресуемой памяти определяется разрядностью внешней ША как 2^N, где N – количество адресных линий.

1.7 По структуре МП делятся на 3 типа:

- С аккумулятором. Содержит счетчик команд, регистры, аккумулятор, буферные и индексные регистры, указатель стека.

- С регистрами общего назначения, которые выполняют функции аккумулятора, индексного регистра, указателя стека и тд.

- Со стековой организацией памяти.

Регистр – это совокупность устройств для хранения информации и быстрого доступа к ней. Выполнен на триггерах. Порт – схема сопряжения периферийного устройства и внешних шин МП. Состоит из нескольких регистров (регистра ввода/вывода и состояния), имеет свой номер (т.е. адрес регистра ввода/вывода, не пересекающийся с адресным пространством основной памяти).

2. 1 Классификация ЭВМ. Основные устройства ЭВМ и их назначение.

Классификация-это способ различия применения компьютера. По этому принципу различают большие ЭВМ (электронно-вычислительные центры), мини-ЭВМ, микро ЭВМ и персональные копьютеры, которые в свою очередь подразделяются на массовые, деловые, портативные, развлекательные и рабочие станции.

Большие ЭВМ – это вычислительные центры, включающие в себя несколько отделов и групп: - системного программ-ния (обеспечивающего взаимодействие программ высокого уровня с оборуд-ния); - прикладного программ-ния (создание программ для выполнения конкретных операций с данными); Группа подготовки данных (подготовка данных для работы прикладных програмистов); - группа технич

2.2 обеспечения (техническое обслуживание всей вычислительной системы, ремонт, наладка и подключение новых устройств, необходимых для работы прочих подразделений); Группа информационного обеспечения (техничес.информация, и хранит архивы разработанных программ); Отдел выдачи информации (информация, полученная с ценрального прцессора преобразуется в форму удобную для заказчика – распечатка). Применяют в очень крупных предприятиях, или в отраслях.

Мини ЭВМ – Отличаются уменьшенными размерами и, соответственно меньшей производительностью и стоимостью. Используют в крупных предприятиях, банках, научных учреждениях и т.д.).

Микро-ЭВМ – вычислительная лаборатория, в которую входят программисты, занимающие внедрением приобретенного программного

2.3 обеспечения, выполняют его доводку, настройку, согласовывают его работу с другими программами и устройствами.

ПК - предназначен для обслуживания одного рабочего места. Их рассматривают в двух категориях: бытовые ПК и профессиональные ПК. Границы сегодня между ними почти стерлись.

Сертификационный стандарт – спецификация РС 99. Он устанавливает: Consumer PK (массовый ПК); Office PC (деловой ПК); Mobile РС (портативный ПК); Workstation РС (рабочая станция); Entertainmemt РС (развлекательный ПК).

Базовая конфигурация ПК – системный блок, монитор, клавиатура и мышь.

Системный блок – основной узел, устройства внутри называют внутренними, а устройства подключенные к нему снаружи – внешними. Внешние и дополнительные устройства, предназнач

2.4 для ввода, вывода и хранения данных называют переферийными. Мощность блока для массовых моделей 200-400 Вт

Монитор- устройство визуального представления данных. Параметры – размер экрана и шаг маски экрана, максимальная частота регенерации изображения, класс защиты. Единица его измерения дюймы, Стандарт 14,15,17,19,20,21. Изображение- результат облучения люминофорного покрытия остронаправленным пучком электронов, разогнанных в вакуумной колбе. Для цвета люминофорное покрытие имеет точки или полоски трех типов, светящиеся красным, зеленым и синим цветом, для того чтобы они сходились вместе ставят маску (панель) с регулярно расположенными отверстиями, для яркости ставят вертикальные проволочки, чем меньше между ними шаг (шаг маски), тем четче изображение. Шаг =0,25-0,27 мм.

Частота регенерации (обновления) показывае сколько раз в течении секунды можно полностью сменить изображение.

2.5 Ее измеряют в герцах (Гц).Чем она выше, тем четче изображение. Минимум –60Гц, нормальное – 85 Гц и комфортное 100 Гц и более. Класс защиты – безопасность от электромагнитного излучения, Стандарт ТСО-99 определяющий качество изображения (яркость, контрастность, мерцание, антибликовое покрытие).

Клавиатура-100 клавиш. Это группа алфавитно-цифровых клавиш, которая может работать в нескольких режимах (регистрах).

Функциональные клавиши- с F1 – F12 –расположены вверху.

Служебные – SHIFT, ENTER, ALT, CTRL, TAB, ESC, и т.д.

2.6 Группа клавиш дополнительной панели – дублирует действия цифровых и знаковых клавиш. За ней сохраняется функция ввода символов, для которых известен расширенный код ASCII, например § (параграф) имеет код 0167, символ “º” (угловой градус) имеет код 0176, но соответствующих клавиш на клавиатуре нет и используется дополнительная панель. Средства настройки клавиатуры относятся к системным и обычно входят в состав операционной системы.

Мышь- устройство манипуляторного типа. (не является стандартным органом управления). Регулируемые параметры мыши – чувствительность (выражает величину перемещения указателя на экране), чувствительность к двойному нажатию (два щелчка – один двойной щелчок).

3. 1Формы представления чисел в ЭВМ (целое и веществ). Системы счисления, перевод чисел из одной СС в другую.

В памяти ЭВМ хранится различная информация: целые числа, вещественные числа, буквы русского и латинского алфавитов и пр. Ранее мы убедились, что один буквенный символ кодируется одним байтом информации. В памяти ЭВМ один буквенный символ также занимает один байт информации. 

Безусловно, в определенном интервале целые числа можно кодировать одним байтом. Можно представить восьмиразрядное двоичное число, записанное в дополнительном коде, но в этом случае кодируются только целые числа от -128 до +128 (так называемое короткое целое число со знаком). Если необходимо представить восьмиразрядное беззнаковое двоичное число, то интервал

3.2 чисел будет 0-255 (коротк целое без знака).

При необходимости можно увеличить диапазон целых чисел, если для хранения кода отвести два байта (или одно машинное слово). В этом случае целое число без знака может принимать значения от 0 до 2¹⁶-1=65535. Беззнаковыми целыми числами обозначаются коды команд ЭВМ, адреса памяти и внешних устройств. Их удобно использовать в программах для организации каких-либо счетчиков, нумерации чего-либо и т.д. Целое число со знаком в этом случае может принимать диапазон значений от -(2¹⁵)= -32768 до 2¹⁵-1 (так как один разряд отводится под знак). Такое число представляется в памяти ЭВМ как шестнадцатиразрядное число в дополнительном коде, старший байт которого несет информацию о знаке числа.

3.3 При выполнения задачи, требующей повышенной точности вычислений или работы с очень большим количеством целых величин, применяют целые числа (длинное целое, -2³¹...2³¹-1), которые занимают два машинных слова (четыре байта) и хранятся как тридцатидвухразрядное число в дополнительном коде. 

Многие математические и физические задачи невозможно решить с применением только целых чисел, поэтому в ЭВМ также используются вещественные числа. Для представления вещественного числа в ЭВМ требуется описать знак числа, знак порядка, порядок и мантиссу. 

В самом простом случае потребовались бы четыре поля для описания вещественного числа: два однобитовых поля знаков числа и порядка, поля мантиссы и порядка. 

3.4 поле знака числа || поле мантиссы || поле знака порядка || поле порядка

В IBM-подобных ЭВМ насчитывается более 5 типов представления вещественных чисел. 

Наиболее часто используемыми являются два типа. Один из них под вещественное число занимает 6 байт (три машинных слова), которое представляется в памяти ЭВМ следующим образом: 

6-ти байтовое (48-ми битовый) число делится на три поля: 

- поле знака, 1 бит; 

- поле мантиссы, 39 бит; 

- поле экспоненты (порядка), 8 бит (в этом поле задается знак порядка). 

Второй тип представления вещественного числа требует 4 байта (два машинных слова): 

- поле знака, 1 бит; 

- поле мантиссы, 23 бит; 

3.5 - поле экспоненты (порядка), 8 бит (в поле задается знак порядка). 

Основанием системы счисления называют. число, в виде степеней которого может быть записано любое число в данной системе счисления. Системы счисления, применяемые в ЭВМ, ориентированы на двоичную систему, т.к. основой ЭВМ является триггер, имеющ два устойчив сост.

В десятичной системе счисления основанием является. 10 и для записи чисел используют символы 0...9.В двоичной системе основанием является. 2. Для записи чисел используются символы 0 и 1.

Для перевода числа из десятичной системы в двоичную надо последовательно делить на два и результат записывать справа налево, начиная с последнего частного, включая остатки от деления.

Каждая десятичная цифра записывается четырьмя разрядами двоичного кода.

3.6 1971 0001 1001 0111 0001

При записи числа с фиксированной запятой запятая фиксируется после младшего разряда, если число целое, и перед старшим, если число меньше 1. При записи чисел с плавающей запятой выделяется целая часть, которая называется мантиссой, и показатель степени, который характеризует положение запятой.

37 и 0.37 - с фиксированной запятой 37*10^-2 - с плавающей запятой

В восьмеричной системе основанием является. 8. Для записи чисел используют символы 0...7. Любое число может быть записано как сумма степеней 8. Для перевода числа из десятичной системы в восьмеричную надо последовательно делить на 8.

3.7 Для перевода числа из двоичной системы в восьмеричную, нужно отсчитывать справа налево по три разряда двоичного числа и записывать каждую группу из трех разрядов с помощью символов 0...7.

Основанием в шестнадцатеричной системе является 16, для записи чисел используются символы 0...9 и A...F. Для перевода из десятичной системы в шестнадцатеричную, надо последовательно делить на 16:

В любой системе счисления ее основание записывается как 10. Для перевода числа из двоичной системы в шестнадцатеричную, нужно отсчитывать справа налево по 4 разряда двоичного числа и записывать каждую группу разрядов с помощью символов из Таблицы 1, в которой представлены соотношения между числами в различных системах счисления.

4. 1 Классификция и основные парам ЗУ.

Запоминающие устройства можно классифицировать по следующ критериям:

по типу запоминающих элементов (Полупроводниковые, Магнитные, Конденсаторные, Оптоэлектронные, Голографические, Криогенные)

по функциональному назначению (Оперативные ЗУ, Буферные ЗУ, Служебные ЗУ, Внешние ЗУ (Программ-мые ЗУ, Перепрограм-мые ЗУ, Регистровые ЗУ))

по типу способу организации обращения (С последовательным поиском, С прямым доступом, Адресные, Ассоциативные, Стековые, Магазинные)

по характеру считывания (разрушением информации и Без)

по способу хранения (Статич, Динамич)

по способу организации (Одно-, Двух-, Трех-, Двух- трехкоординатные)

4.2 Основные характеристики ЗУ:

Информационная ёмкость – количество хранимой информации.

Время доступа – временной интервал от момента, когда МП выставил адрес на ША, до момента осуществления связи адресуемой ячейки с ШД.

Время записи – временной интервал, необходимый чтобы переписать содержимое ШД в ячейку памяти

Время восстановления – приведение памяти в исходное состояние после чтения/записи.

Цикл считывания и цикл записи – время с момента выдачи МП адреса ячейки до момента окончания всех действий по указанной операции.

Основные параметры внутренней памяти.

4.3 Емкость. Измер в битах, байтах, словах.

Быстродействие. Характеризуется временем обращения при записи и чтении: Т_обр^зап=t_дост+t_зап, Т_обр^чтен=t_дост+t_чтен. Время доступа определяется задержками на дешифрацию. Время записи и чтения зависят от времени изменения состояния выбранной ячейки.

Ширина выборки. Определяется количеством разрядов слова, которое может быть одновременно считано или записано в память.

Стоимость хранения единицы информации. Отношение общей стоимости памяти к ее емкости.

Экономичность. Отношение затрат энергии на работу всего оборудования памяти к ее стоимости.

Удельная плотность. Характеризует количество бит хранения информации либо на единицу объема, либо на ед поверхн-сти.

5. 1Организация памяти: адресная, стековая, ассоциативная. Оперативная память на полупроводниковых элементах. Управление памятью.

Запоминающее устройство содержит множество запоминающих одинаковых элементов, образующих запоминающий массив. Способ организации зависит от способов размещения и поиска информации в запоминающем массиве. По этому признаку различают адресную, ассоциативную и стековую память.

1. Адресная: Размещение и поиск информации в массиве основаны на использовании адреса хранения слова. Адрес- номер ячейки массива, в которой это слово размещается. При записи (считывание) слова в массив команда должна указывать адрес, по которому эта запись (считывание) производится.

5.2

2. В ассоциативной памяти поиск информации производится по её содержанию, при этом поиск происходит параллельно во времени (для всех ячеек массива). Во многих случаях позволяет упростить и ускорить обработку данных, т.к. считывание совмещено с выполнением ряда логических операций.

3. Стековая память тоже безадресная. Ячейки образуют одномерный массив, соседние связаны друг с другом разрядными цепями. Записи нового слова – в ячейку ноль 0 - ранее записанные сдвигаются вниз. Считывание возможно только из верхней ячейки памяти. В этой памяти порядок считывания слов такой: последним поступил, первым обслуживается. Иногда память снабжается счётчиком стека.

5.3 ОП - часть внутренней памяти компьютера. Информация может в любой момент времени изменяться процессором. Обращение к ячейкам памяти – в любом порядке. Существуют динамическая и статическая память.

Динамическая оперативная память. Dynamic Random Access Memory (DRAM) - полупроводниковая оперативная память, в которой каждый двоичный разряд хранится в схеме, состоящей из транзистора и конденсатора. Заряженный конденсатор соответствует 1, разряженный - 0. Транзистор управляет доступом к конденсатору.

Статическая оперативная память Static Random Access Memory (SRAM) - полупроводниковая оперативная память, в которой каждый двоичный разряд хранится в схеме, состоящей из четырех транзисторов и двух резисторов.

5.4 Управление памятью.

Для повышения параллельности работы МП желательно хранить в памяти максимальное число заданий. Задача – это среда, в которой выполняется программа, включая сегменты кода и данных. Обеспечение независимости выполнения нескольких задач осуществляется в защищенном режиме (защита ресурсов одной задачи от возможного воздействия другой). Основной защищаемый ресурс – память, защита которой основана на использовании сегментации. Сегмент – блок адресного пространства памяти определённого назначения. При переключении задач состояние предыдущей задачи сохраняется в её сегменте, а загружается состояние новой задачи и начинается её выполнение.

5.5 Способ распределения ресурсов – выделение задачам смежных областей памяти. Существует необходимость таблицы карты памяти, где размещена информация о состоянии раздела.

Каждый логический адрес состоит из двух частей: номера сегмента и смещения в сегменте.

Сегмент – блок адресного пространства памяти, определ назначения, от 64кб до 42б

Каждому заданию назначается отдельная область в сегментной таблице. В регистре локальной дескрипторной таблицы находится базовый адрес той секции сегментной таблицы, которая связана с текущим выполняемым заданием.

Дескриптор сегмента содержит начальный адрес сегмента, его размер и атрибуты:

Поле состояния – находится ли сегмент в памяти

5.6 Поле защиты – содержимое сегмента можно считывать или модифицировать

Поле доступа – используется для определения сегмента, подлежащего замене

Поле изменения – модифицировался ли сегмент.

Последовательные операции при обращении к памяти:

Определить номер сегмента и обратиться к соответствующему элементу дескрипторной таблицы.

Проверить по атрибутам. Если в памяти нет нужного сегмента, то вызвать прерывание.

Сравнить смещение и длину сегмента. Если смещение велико, то вызвать прерывание.

Прибавить начальный адрес сегмента к смещению и получить физический адрес. Выдать результат на ША.

Модифицировать поле доступа и поле изменения.

6. 1 Полупроводниковая ОП. Элемент памяти. Организация ОП в ПК. Типич модуль памяти.

ОП (RAM) предназначена для хранения переменной информации и допускает изменение своего содержимого входе выполнения операций МП. Для построения ЗУ типа RAM используются МС статический (SRAM) и динамической (DRAM) памяти.

DRAM - полупроводниковая оперативная память, в которой каждый двоичный разряд хранится в схеме, состоящей из транзистора и конденсатора. Заряженный конденсатор соответствует 1, разряженный - 0. Транзистор управляет доступом к конденсатору.

SRAM - полупроводниковая оперативная память, в которой каждый двоичный разряд хранится в схеме, состоящей из четырех транзисторов и двух резисторов.

6.2 Размер конденсатора в DRAM значительно меньше размера триггера в SRAM. Поэтому при одинаковых размерах кристалла информационная емкость DRAM больше.

ОП делится на банки, которые определяют наименьшее количество памяти, которое может быть адресовано процессором за один раз и соответствует разрядности ШД.

При адресации к любому биту МС используется мультиплексирование адресов: полный адрес ячейки данных делится на 2 компонента: адрес строки и адрес столбца, которые подаются сигналами RAS и CAS.

Оперативная память в компьютере размещается на стандартных панельках, называемых модулями. Модули оперативной памяти вставляют в соответствующие разъемы на материнской плате.

6.3 Конструктивно модули памяти имеют два исполнения – однорядные (SIMM-модули) и двухрядные (DIMM-модули). На компьютерах с процессорами Pentium однорядные модули можно применять только парами (количество разъемов для их установки на материнской плате всегда четное), а DIMM-модули можно устанавливать по одному. Многие модели материнских плат имеют разъемы как того, так и другого типа, но комбинировать на одной плате модули разных типов нельзя.

7. 1 Статические и динамические ЗУ. Назначение, принцип действия, основные характеристики. Стандартное распределение ОП.

Динамическая оперативная память. Dynamic Random Access Memory (DRAM) - полупроводниковая оперативная память, в которой каждый двоичный разряд хранится в схеме, состоящей из транзистора и конденсатора. Заряженный конденсатор соответствует 1, разряженный - 0. Транзистор управляет доступом к конденсатору.

Статическая оперативная память Static Random Access Memory (SRAM) - полупроводниковая оперативная память, в которой каждый двоичный разряд хранится в схеме, состоящей из четырех транзисторов и двух резисторов.

7.2 Размер конденсатора в DRAM значител меньше размера триггера в SRAM. Поэтому при одинаковых размерах кристалла информационная емкость DRAM больше.

С увеличением информационной ёмкости количество адресных входов должно увеличиваться. Чтобы не допустить этого, адресные линии внутри МС разбиваются на 2 группы (например, старшая и младшая). Количество выходов при этом уменьшается в 2 раза, но передача адреса в МС должна производится в 2 приема, что несколько уменьшает быстродействие.

При адресации к любому биту МС используется мультиплексирование адресов: полный адрес ячейки данных делится на 2 компонента: адрес строки и адрес столбца, которые подаются сигналами RAS и CAS.

Существуют методы повышения быстродействия DRAM:

7.3 Чередование адресов предусматривает деление памяти на блоки (банки) таким образом, чтобы каждые последовательно выбираемые ячейки памяти относились к разным банкам памяти (например чет/нечет).

Метод страничной выборки базируется на том, что повторения сигнала выборки строки можно избежать, если адреса строк выбираемых ячеек памяти лежат в пределах одной страницы, т.е. неизменны.

Схемотехнические решения основаны на внутренней конвейерной архитектуре и чередовании адресов. Считается справедливым, что если считывается инструкция или набор данных для одного места памяти, то соседние с ним тоже скоро будут задействованы, поэтому при необходимости чтения одного слова МП считывает вместе с ним еще 3 соседних. На пересылку одного слова данных требуется 6

7.4 тактов, а на пересылку 3 последовательных – только 3 такта.

EDO-память – обеспечивает более высокую скорость передачи данных за счет добавления в память регистров-защелок, благодаря которым данные на выходе могут удерживаться даже в течении следующего запроса к МС, что увеличивает быстродействие на 25%.

Основные характеристики ЗУ:

Информационная ёмкость – количество хранимой информации.

Время доступа – временной интервал от момента, когда МП выставил адрес на ША, до момента осуществления связи адресуемой ячейки с ШД.

Время записи – временной интервал, необходимый чтобы переписать содержимое ШД в ячейку памяти

7.5 Время восстановления – приведение памяти в исходное состояние после чтения/записи.

Цикл считывания и цикл записи – время с момента выдачи МП адреса ячейки до момента окончания всех действий по указанной операции.

Основные отличия DRAM от SRAM: мультиплексирование адресных входов, необходимость регенерации, повышенная ёмкость, более сложная схема управления.

8. 1 ПЗУ. Назначение, принцип действия, основные характеристики.

ПЗУ – постоянное ЗУ (ROM) – хранит информацию, которая не меняется входе выполнения программы, т.е. обеспечиваются режимы считывания и хранения. Хранит информацию при отключении питания. По способу занесения в них информации ПЗУ делятся на масочные, однократнопрограммируемые (PROM) и многократнопрограммируемые (EPROM). EPROM делятся на стираемые электрически (FLASH-память) и с ультрафиолетовым стиранием.

Масочные – информация записывается в процессе изготовл путём металлизации промежутков.

PROM – использ плавкие перемычки, пережигаемые при программировании.

EPROM – вместо перемычек установлены МОП – транзисторы с изолированным

8.2 затвором. После изготовления транзисторы закрыты. Импульс переводит транзистор в проводящее состояние, которое сохраняется более 10 лет.

Основные характеристики ЗУ:

Информационная ёмкость – количество хранимой информации.

Время доступа – временной интервал от момента, когда МП выставил адрес на ША, до момента осуществления связи адресуемой ячейки с ШД.

Время записи – временной интервал, необходимый чтобы переписать содержимое ШД в ячейку памяти

Время восстановления – приведение памяти в исходное сост после чтения/записи.

Цикл считывания и цикл записи – время с момента выдачи МП адреса ячейки до момента окончания всех действий по указанной операции.

Возможн замены записанной информации.

9. 1 ВЗУ. Принцип магнитной записи, способы записи.

Помимо оперативной памяти, компьютеру необходима дополнительная память для долговременного размещения данных. Такие устройства называются ВЗУ. К ним относятся: накопистели на дискетах, винчестерах, на магнитной ленте, сидиром, магнитооптические диски.

Накопители на гибких дисках: в каческве накопителя информации – дискеты (3.5 и 5.25 и 8). На сегоднящний день 2 последних не используются. Конструкции дискет одинакова: в футляре находится пластмассовый диск с нанесённым на него магнитным слоем для записи информации. Объём зависит от плотности записи.

9.2 Накопители на жёстких дисках: По сравнению с дискетами имеют преимущества – объём записываемой информации превосходит возможности гибкого диска; скорость чтения (записи) тоже больше; высокая надёжность. Ёмкость винчестера – его основная характеристика. Кэш память винчестера – ячейки памяти, размещённые на контроллере винта, существенно влияет на скорость работы.

Приводы CD-Rom – носители информации, более компактный, чем винт. Диск изготовлен из поликорбоната, с одной стороны покрыт отражающим слоем ( из алюминия или золота). Запись производится с помощью лазерного луча, который выжигает чередования углублений в поверхности металлического слоя. Основная характеристика – скорость передачи данных.

9.3 Магнитооптические накопители – носители информации, в основе которых положен магнитный носитель с оптическим управлением. Поверхность диска покрыта сплавом, свойства которого меняются под воздействием тепла и магнитного поля. Получили распространение при построении оптических библиотек.

Накопители на магнитной ленте. Носитель информации – магнитная лента. Хорошо используются для архивирования и резервного копирования объёмов данных на компактном носителе. Малая скорость передачи.

Принцип записи на магнитный носитель: на соответствующую обмотку подаётся ток записи, возникает магнитное поле внутри сердечника и часть линий магнитного поля замыкается через носитель, а часть через зазор и на магнитном носителе появляется внешнее

9.4 магнитное поле, а на магнитном материале остаются отпечатки – это процесс записи.

Принцип магнитной записи электрических сигналов на движущийся магнитный носитель основан на явлении остаточного намагничивания магнитных материалов. Запись и хранение информации на магнитном носителе производится путем преобразования электрических сигналов в соответствующие им изменения магнитного поля, воздействия его на магнитный носитель и сохранения следов этих воздействий в магнитном материале длительное время, благодаря явлению остаточного магнетизма. Воспроизведение электрических сигналов производится путем обратного преобразования [1].

Система магнитной записи состоит из носителя записи и взаимодействующих с ним магнитных головок.

9.5 При цифровой магнитной записи в магнитную головку поступает ток, при котором поле записи через определенные промежутки времени изменяет свое направление на противоположное. В результате под действием поля рассеяния магнитной головки происходят намагничивание или перемагничивание отдельных участков движущегося магнитного носителя.

Плотность записи зависит от размера головки и зазоров м/д головкой и носителем. Скорость движения носителя должна быть высокая.

В старых дисках (и в современных флоппи-дисководах) применяется метод модифицированной частотной модуляции MFM (Modified Frequency Modulation), когда каждому знаку намагниченности присваивается значение бита данных, в более новых моделях - метод RLL (Run Length Limited), который кодирует

9.6 записываемую информацию так, чтобы длина серии нулей лежала в определенном диапазоне, обычно от 2 до 7. В этом случае метод обозначается как RLL (2,7). На дорожку записывается до 27 секторов, причем плотность записи примерно на 50% выше, чем у MFM. Существует также усовершенствованный метод ARLL (Advanced RLL), обычно имеющий параметры (1,7) и (3,9), который позволяет записать до 43 секторов на одну дорожку.

В современных винчестерах применяется более эффективный, хотя и сложный в реализации метод PRML (Partial Response Maximum Likelihood), что можно перевести как метод максимального правдоподобия при частично перекрывающемся отклике от соседних дорожек. Дорожки расположены так близко, что головка считывает сигналы от нескольких соседних дорожек сразу, а затем на основе методов теории

9.7 вероятностей выделяется сигнал от нужной дорожки по критерию максимума функции правдоподобия, которая на лету вычисл специализированным процесм цифровой обработки сигналов, установленным на плате управления диском.

При этом плотность записи повышается еще на 40-50%. Для дальнейшего повышения плотности записи применяется также зонный метод записи ZBR (Zoned Bit Recording).

На внешних дорожках диска можно разместить с той же плотностью большее количество информации, чем на внутренних. Поэтому диск разбивается по радиусу на несколько зон в виде концентрических колец. В пределах каждой зоны число секторов постоянно и растет при удалении от центра диска.

9.8 Поэтому, кстати, скорость доступа к данным у 3,5 и 5,25-дюймовых накопителей зависит от положения данных на диске. Для 1,8 и 2,5-дюймовых накопителей эта техника, как правило, не применяется. На современных дисках давно уже используется логическая, а не физическая адресация данных, поэтому различное число секторов на разных дорожках никому не мешает.

10. 1 Накопитель на магнитном диске. Организация, характ, логическая модель диска, формат дорожки и сектора.

Накопитель на магнитном диске - ВЗУ, в котором носителями данных являются магнитные диски. НМД бывают со съемными и несъемными дисками.

Запись информации на магнитных носителях обычно осуществляется за счет изменения состояния намагниченности отдельных участков их поверхности. Чем меньше геометрические размеры таких участков, тем большее количество информации удается записать на единице площади носителя, т.е. тем выше плотность записи информации.

НМД делятся на накопители на жестких магнитных дисках (Hard Disk Drivers) и накопители на гибких магнитных дисках (Floopy Disk Drivers), и накопители на оптических дисках (Optical Disk Drivers).

10.2 HDD, являются одним из самых распространенных в настоящее время типов запоминающих устройств. Это объясняется удачным сочетанием основных их параметров: емкости, стоимости, времени обращения, габаритов и потребляемой мощности, делающим их наилучшим типом запоминающих устройств для хранения больших объемов информации, доступ к которой должен осуществляться без вспомогательных действий со стороны пользователя.

Информация на диске располагается по окружностям, называемым дорожками, совокупность равноудаленных от центра дорожек поверхностей всех пластин HDD называют цилиндром.

Дорожки для хранения информации разбиты на секторы, емкость которых в большинстве случаев составляет 512 байт. Сектор обладает определенной структурой,

10.3 включающей в себя заголовок, поле данных и контрольный код этого поля.

Привод позиционирования головок чтения/записи чаще всего поворотный (для получения меньших его размеров) электромагнитный, с подвижной катушкой, перемещающейся в магнитном поле постоянного магнита под действием протекающего по ней тока. Направление и сила тока определ направление и скорость перемещения катушки и механически связанных с ней головок чтения/записи.

После установки на требуемый цилиндр головки удерживаются на нем с помощью следящей системы, считывающей с диска специальные сервометки. Эти метки записаны на диске либо в специальных местах информационных дорожек, либо на служебных серводорожках, расположенных между основными, либо реже на специально выделенной поверхности диска.

10.4 Понятно, что требования обеспечения работы системы позиционирования и приводят к тому, что поперечная плотность записи данных существенно меньше продольной. Сервометки также используются для поддержания постоянной скорости вращения диска.

Время позиционирования на требуемую дорожку зависит, от расстояния до нее от текущего положения головок чтения/записи. Минимальное время затрачивается на переход к соседнему цилиндру. Но и переход с дорожки на дорожку в пределах одного цилиндра по времени близок к переходу на дорожку соседнего цилиндра (порядка 1 - 2 мс), так как система позиционирования даже при переключении дорожек в пределах цилиндра все равно должна выверить точность установки головок.

10.5 Как правило, изготовить идеальный магнитный слой в процессе производства не удается и на нем имеются дефектные участки. Соответствующие им секторы не могут использоваться для хранения данных и должны быть заблокированы. Информация о них хранится в специальной таблице.

Обнаруженные при контроле после изготовления плохие секторы просто пропускаются при нумерации (и тем самым при доступе), но номера секторов, пришедших в негодность в процессе эксплуатации, переназначаются на имеющееся на диске запасное место. Такие секторы называют перемещенными (или переназначенными), а их количество на диске можно прочитать специальными утилитами. Поскольку эти секторы оказываются на определенном удалении от секторов с соседними номерами (адресами),

10.6 то обращение к ним приводит к задержкам при чтении и записи по последовательным адресам, что заметно, например, на графиках скорости чтения в виде длинной "бороды" - провалов в скорости считывания данных.

Магнитные свойства носителя и самих головок, используемый метод записи, расстояние от головок до поверхности диска, скорость вращения диска и ряд других параметров определяют максимальную плотность записи информации, при которой будет обеспечена требуемая надежность работы накопителя.

10.7 Накопители на гибких магнитных дисках (FDD).

Гибкий диск (дискета) по размещению информации на нем схож с жестким диском: у 3,5 дюймовой дискеты (диаметром около 85 мм) имеется по 80 концентрических дорожек с обеих сторон, на которых могут быть записаны по 9, 18 или 36 секторов размером 512 байтов каждый (что дает соответственно емкость дискеты 720 Кбайт, 1,44 Мбайт и 2,88 Мбайт). Наиболее распространенным вариантом являются дискеты емкостью 1,44 Мбайт. Их можно разметить и иным способом, например увеличив число секторов до 20 (что позволяет сделать известный драйвер 800.com), однако это, как правило, приводит к снижению надежности считывания.

10.8 В принципе, контроллеры гибких дисков позволяют также изменять размер и нумерацию секторов и количество используемых дорожек.

Начало дорожки на дискетах отмечается специальным индексным отверстием. У старых (5-дюймовых) дискет это отверстие было сделано непосредственно в диске и его футляре, у 3,5-дюймовых - оно расположено в металлической вставке, занимающей центральную часть гибкого диска.

Кроме 3,5-дюймовых дискет, существовали 8- и 5-дюймовые дискеты различной емкости, имевшие различную плотность записи, количество дорожек, в том числе, с записью только на одной стороне диска, но в настоящее время они уже давно не используются.

10.9 Привод накопителя на гибких магнитных дисках включ в себя электромеханическую часть с блоком головок чтения/записи и электронную часть.

После перемещения головок проверяется адресный маркер дорожки и, если он не совпадает с требуемым, позиционирование повторяется посредством возврата на нулевую дорожку и последующей подачи необходимого количества импульсов на шаговый двигатель. Для определения выхода на нулевую дорожку в накопителе имеется специальный датчик. Положение нулевой дорожки можно подстраивать поворотом шагового двигателя.

Сами головки чтения/записи более простые, чем у жестких дисков, так как плотность записи информации в FDD значительно ниже (135 дорожек на дюйм, а не несколько десятков тысяч).

10.10 Они представляют собой обычные э/м головки, осуществляющие чтение и запись при непосредственном контакте с дискетой, что возможно в связи с малой скоростью ее вращения. Однако такой способ, будучи более простым в реализации, менее надежен и приводит к более быстрому износу дискет и головок.

Для уменьшения взаимного влияния верхняя и нижняя головки несколько смещены относительно друг друга по радиусу.

Время обращения к FDD обычно не является критическим параметром. Оценить его величину можно зная скорость вращения шпинделя и емкость дорожки. При скорости вращения 300 об/мин и емкости дорожки 9 Кбайт (18 секторов по 512 байт) скорость передачи данных составляет примерно 50 Кбайт/с.

10.11 Время перемещения головок на один шаг имеет тот же порядок, что и для жестких дисков (2 мс и выше для более старых накопителей). Соответственно перемещение между крайними цилиндрами займет уже в 4-5 раз больше времени. Кроме того, следует принять в расчет еще и время успокоения головок после позиционирования (порядка 15 мс).

Логическая модель диска:

В корневом каталоге расположены 32-байтные элементы-справочники:

10.12 8б – имя файла, 1б – атрибуты файла, 3б – расширение, 10б – резерв, 2б – время, 2б – дата, 2б – N начального кластера, 4б – размер.

FAT содержит информацию в виде списка о расположении файлов на физическом носителе.

11. 1 Жесткий диск. Характеристики, его форматирование, конфигурирование. Интерфейсы накопителей.

Накопители на жестких магнитных дисках (HDD), являются одним из самых распространенных в настоящее время типов запоминающих устройств. Это объясняется удачным сочетанием основных их параметров: емкости, стоимости, времени обращения, габаритов и потребляемой мощности, делающим их наилучшим типом запоминающих устройств для хранения больших объемов информации, доступ к которой должен осуществляться без вспомогательных действий со стороны пользователя.

Запись информации на магнитных носителях (не только на жестких дисках) обычно осуществляется за счет изменения состояния намагниченности отдельных участков их поверхности.

11.2 Чем меньше геометрические размеры таких участков, тем большее количество информации удается записать на единице площади носителя, т.е. тем выше плотность записи информации.

Жесткие диски включают в себя электромеханическую и электронную части. Электромеханическая часть размещается в жестком корпусе, внутри которого закреплен шпиндельный двигатель с вращающимся шпинделем и смонтированными на нем дисками накопителя, а также установленный в этом же корпусе подвижный блок головок чтения/записи с приводом, обеспечивающим позиционирование (перемещение) головок.

Сами диски (или пластины), которых, как правило, бывает на шпинделе от одного до пяти (иначе корпус получится очень высоким, а шпиндель с дисками - тяжелм),

11.3 изготовлены из сплавов алюминия или специального стекла (иногда керамики). Последнее используется при высоких скоростях вращения шпинделя. Поверхность дисков имеет магнитное покрытие, на котором, собственно, и записывается информация. Процесс записи состоит в локальных изменениях магнитного состояния этого покрытия.

Информация на диске располагается по окружностям, называемым дорожками, совокупность равноудаленных от центра дорожек поверхностей всех пластин HDD называют цилиндром. Дорожки для хранения информации разбиты на секторы, емкость которых в большинстве случаев составляет 512 байт. Сектор обладает определенной структурой, включающей в себя заголовок, поле данных и контрольный код этого поля.

11.4 Часть корпуса, в которую заключена электромеханика диска, часто называют герметичной (хотя обычно имеется защищенное воздушным фильтром отверстие для выравнивания внутреннего давления с атмосферным), поскольку в ней не допускается присутствие никаких загрязнений, в том числе частичек пыли. Необходимость этого вызвана тем, что головки чтения/записи находятся на очень малом расстоянии от поверхности диска (порядка 10^-4-10^-5 мм), удерживаясь над ней воздушным потоком (нетрудно подсчитать, что линейная скорость перемещения диска относительно головок на внешних цилиндрах составляет более 100 км/час при скорости вращения 7200 об/мин). Поэтому даже небольшие частицы могут легко повредить магнитное покрытие. Для частиц, которые образуются в процессе эксплуатации за счет износа поверхностей,

11.5 внутри корпуса сущ даже некое подоб пылесоса: рециркуляционный фильтр.

В электронную часть диска входят контроллер, усилители сигналов интерфейсных шин и буферная память (кэш диска). Контроллер обеспечивает управление процессами разгона и останова шпинделя, позиционирования головок, чтения и записи информации, а также внешний интерфейс диска.

Привод позиционирования головок чтения/записи чаще всего поворотный (для получения меньших его размеров) электромагнитный, с подвижной катушкой, перемещающейся в магнитном поле постоянного магнита под действием протекающего по ней тока. Направление и сила тока определяют направление и скорость перемещения катушки и механически связанных с ней головок чтения/записи.

11.6 Время позиционирования на требуемую дорожку зависит от расстояния до нее от текущего положения головок чтения/записи. Минимальное время затрачивается на переход к соседнему цилиндру. Но и переход с дорожки на дорожку в пределах одного цилиндра по времени близок к переходу на дорожку соседнего цилиндра (порядка 1 - 2 мс), так как система позиционирования даже при переключении дорожек в пределах цилиндра все равно должна выверить точность установки головок.

Запись и считывание информации с магнитного слоя (на основе оксидов железа или хрома), покрывающего пластину диска, осуществляется с помощью головок чтения/записи, которые в современных дисках обычно комбинированные: для записи используется э/м, а для чтения - магнитно-резистивные головки.

11.7 Как правило, изготовить идеальный магнитный слой в процессе производства не удается и на нем имеются дефектные участки. Соответствующие им секторы не могут использов для хранения данных и должны быть заблокированы. Информация о них хранится в специальной таблице.

Обнаруженные при контроле после изготовления плохие секторы просто пропускаются при нумерации (и тем самым при доступе), но номера секторов, пришедших в негодность в процессе эксплуатации, переназначаются на имеющееся на диске запасное место. Такие секторы называют перемещенными. Поскольку эти секторы оказываются на определенном удалении от секторов с соседними номерами (адресами), то обращение к ним приводит к задержкам при чтении и записи по последовательным адресам, что заметно, например, на

11.8 графиках скорости чтения в виде длинной "бороды" - провалов в скорости считывания данных.

Магнитные свойства носителя и самих головок, используемый метод записи, расстояние от головок до поверхности диска, скорость вращения диска и ряд других параметров определяют максимальную плотность записи информации, при которой будет обеспечена требуемая надежность работы накопителя.

Для предупреждения потери данных в случае выхода диска из строя его контроллер, как правило, осуществляет специальный мониторинг состояния диска, фиксируя изменение таких его параметров, как частота ошибок чтения данных, время разгона шпинделя до номинальной скорости вращения, количество перемещенных секторов, частота ошибок позиционирования головок ч/з, общее количество отработанных часов и др.

11.9 На основании анализа изменения этих параметров с течением времени контроллер, оснащенный такими средствами, названными SMART (Self-Monitoring, Analyzing and Reporting Technology - технология самодиагностики, анализа и оповещения) технологией, может предсказать предположительное время выхода диска из строя.

Три этапа форматирования:

В ходе выполнения процедуры так назыв низкоуровневого форматирования (low-level formatting) на носитель записывается информация, которая определяет разметку носителя на цилиндры и секторы. Структура формата включает в себя различ служеб инф: байты синхронизац, идентификационные заголовки, байты контроля четности и т. д. В современных винчестерах такая информация записыв однократно при изготовл винчестера.

11.10 Повреждение этой инф при самостоят низкоуровневом формат-нии пользователем чревато полной неработоспособностью диска и необходимостью восстановления этой информации в заводских условиях.

Разбиение накопителя - это определение областей диска, которые операционная система будет использовать в качестве отдельных разделов, или томов. При организации разделов диска в его первый сектор (цилиндр 0, головка 0, сектор 1) заносится главная загрузочная запись (Master Boot Record- MBR). В ней содержатся сведения о том, с каких цилиндров, головок и секторов начинаются и какими заканчиваются имеющиеся на диске разделы. В этой таблице также содержатся указания для системной BIOS, какой из разделов является загрузочным, т.е. где следует искать основные файлы операционной системы.

11.11 Последний этап программной настройки жесткого диска - форматирование высокого уровня (т.е. на уровне операционной системы). Основной целью данной процедуры является создание таблиц размещения файлов (FAT) и системы каталогов, чтобы операционные системы могли обращаться к файлам.

Конфигурирование:

После того как жесткий диск в корпусе компьютера будет смонтирован, можете приступать к конфигурированию системы. Компьютеру необходимо сообщить инф о накопителе, чтобы с него можно было осуществить загрузку при включении питания. Способ ввода и сохранения этой инф зависит от типа накопителя и компа.

Для большинства жестких дисков (за исключ SCSI) суще стандартные процедуры настройки. Конфигурирование SCSI-накопителей - сложная операция, которая зависит от типа установл основн адаптера.

11.12 Характеристика:

Скорость вращения

Скорость вращения стандартных жестких дисков лежит в пределах от 4500 до 10000 rpm. Чем больше скорость вращения, тем больше скорость передачи данных, но и HDD при этом становится более шумным и горячим. Современные HDD читают все секторы на дорожке за один оборот. Скорость вращения постоянна. Число секторов на дорожке

Современные жесткие диски имеют дорожки различного размера. На внешних частях диска места для секторов больше, чем на внутренних. Запись на HD обычно идет начиная с внешних секторов ко внутренним. Следовательно, доступ и передача данных при чтении и записи в начале диска выполняются с большей скоростью.

11.13 Время поиска / время переключения головок / время переключения цилиндров

Наибольшая скорость достигается при переходе непосредственно на соседнюю дорожку. Наименьшая скорость поиска получается при так называемом полном такте, т.е. при переходе с внешней на внутреннюю дорожку и наоборот. Время поиска, интересующее пользователя, - это среднее время, затрачиваемое на установку головок при произвольном запросе. Время переключения головок - это среднее время переключения между двумя головками при чтении или записи. Время переключения цилиндров - это среднее время перемещения головок на следующую дорожку при чтении или записи.

11.14 Время задержки при вращении

После того как головка установлена на нужную дорожку, она должна дождаться появления нужного сектора. Это время называется временем задержки при вращении и измеряется в ms. Чем быстрее вращается диск, тем меньше время задержки при вращении. Среднее время - это время, нужное диску для совершения половины оборота, составляющее обычно от 4ms (7200rpm) до 6ms (5400rpm).

Время доступа к данным

Время доступа к данным состоит из времени поиска, времени переключения головки и задержки при вращении и измеряется в ms.

Кэш-буфер на HD

Все современные HDD имеют собственные кэш-буферы, размеры и способы организации которых различны. Обычно кэш использя для чтения и записи.

11.15 Организация данных на диске На жестком диске имеются цилиндры, головки и сектора. Все эти параметры для каждого жесткого диска есть в BIOS. Размер сектора жесткого диска не фиксирован, как это было раньше. В настоящее время эти величины используются только для совместимости с DOS, поскольку они не имеют отношения к физич геометрии диска.

Скорость передачи В зависимости от типа головок чтения-записи и серводвигателей (для установки консоли), скорость переключения головок может быть как больше, так и меньше скорости перехода с дорожки на дорожку.

Интерфейсы накопителей: Связь жесткого диска с остальными устройствами ЭВМ обеспечивает его контроллер, который реализует управление всеми основными процессами диска и протоколы обмена данными с шинами расширения.

11.16 Непосредственное подключение жестких дисков к ЭВМ осуществляется по специальным интерфейсам.

ST506

Используется 34-жильный кабель управления, 20-жильный кабель данных. При MFM диск разбивается на 17 секторов по 512б. При 2,7RLL скорость обмена увеличивается до 6,5Мб/с. Впервые использовался метод чередования секторов. 1:1 – все сектора пронумерованы подряд. 2:1 – следующий номер сектора идет через один. 3:1.

ESDI

В 1985г. Скорость передачи 10Мб/с. Используется сепаратор данных на самом приводе, т.е. происходит разделение данных и бит синхронизации.

11.17 SCSI

В 1986г. Осуществляется параллельная пересылка данных. Используется 50-контактный кабель для управления и данных. Подключаемые устройства делятся на ведомые и ведущие. Каждое устройство имеет свой адрес.

IDE

В 1988г. Альтернатива SCSI. Функции контроллера выполняются в самом накопителе. Вся информация о винчестере находится на диске. Ограничение – 504Мб.

EIDE

Ограничение в 504Мб снято. Позволяет подключать накопительные устройства до 82б.

12. 1 Общие сведения об обработке информации в ЭВМ. Системные и локальные шины.

В вычислительной системе, состоящей из множества подсистем, необходим механизм для их взаимодействия. Эти подсистемы должны быстро и эффективно обмениваться данными. Например, процессор, с одной стороны, должен быть связан с памятью, с другой стороны, необходима связь процессора с устройствами ввода/вывода. Одним из простейших механизмов, позволяющих организовать взаимодействие различных подсистем, является единственная центральная шина, к которой подсоединяются все подсистемы. Доступ к такой шине разделяется между всеми подсистемами. Подобная организация имеет два основных преимущества: низкая стоимость и универсальность.

12.2Поскольку такая шина является единственным местом подсоединения для разных устройств, новые устройства могут быть легко добавлены, и одни и те же периферийные устройства можно даже применять в разных вычислительных системах, использующих однотипную шину. Стоимость такой организации получается достаточно низкой, поскольку для реализации множества путей передачи информации используется единственный набор линий шины, разделяемый множеством устройств.

Главным недостатком организации с единственной шиной является то, что шина создает узкое горло, ограничивая, возможно, максимальную пропускную способность ввода/вывода. Если весь поток ввода/вывода должен проходить через центральную шину, такое ограничение пропускной способности весьма реально.

12.3 В комерческих сист-х, где ввод/вывод осуществляется очень часто, а также в суперкомпьютерах, где необходимые скорости ввода/вывода очень высоки из-за высокой производительности процессора, одним из главных вопросов разработки является создание системы нескольких шин, способной удовлетворить все запросы.

Одна из причин больших трудностей, возникающих при разработке шин, заключается в том, что макс скорость шины главным образом лимитируется физич факторами: длиной шины и колич-ом подсоединяемых устройств (и, следоват, нагрузкой на шину). Эти физические ограничения не позволяют произвольно ускорять шины. Требования быстродейств (малой задержки) системы ввода/ввывода и высокой пропускной способности являются противоречивыми. В современных крупных системах использ целый комплекс взаимосвязанных шин, каждая из которых обеспечт упрощение взаимодействия

12.4 различных подсистем, высокую пропускную способность, избыточность (для увеличения отказоустойчивости) и эффективность.

Традиционно шины делятся на шины, обеспечивающие организацию связи процессора с памятью, и шины ввода/вывода. Шины ввода/вывода могут иметь большую протяженность, поддерж подсоединение многих типов устройств, и обычно следуют одному из шинных стандартов. Шины процессор-память, с другой стороны, сравнительно короткие, обычно высокоскоростные и соответствуют организации системы памяти для обеспеч максимальной пропускной способности канала память-процессор. На этапе разраб системы, для шины процессор-память заранее известны все типы и параметры устройств, которые должны соединяться между собой, в то время как разработчик

12.5 шины ввода/вывода должен иметь дело с устройствами, различающимися по задержке и пропускной способности.

Как уже было отмечено, с целью снижения стоимости некоторые компьютеры имеют единственную шину для памяти и устройств ввода/вывода. Такая шина часто называется системной. Необходимость сохранения баланса производительности по мере роста быстродействия микропроцессоров привела к двухуровневой организации шин в персональных компьютерах на основе локальной шины. Локальной шиной называется шина, электрически выходящая непосредственно на контакты микропроцессора. Она обычно объединяет процессор, память, схемы буферизации для системной шины и ее контроллер, а также некоторые вспомогательные схемы.

12.6 Рассмотрим типичную транзакцию на шине. Шинная транзакция включает в себя две части: посылку адреса и прием (или посылку) данных. Шинные транзакции обычно определ характером взаимодейств с памятью: транзакция типа "Чтение" передает данные из памяти (либо в ЦП, либо в устройство ввода/вывода), транзакция типа "Запись" записывает данные в память. В транзакции типа "Чтение" по шине сначала посылается в память адрес вместе с соответствующими сигналами управления, индицирующими чтение. Память отвечает, возвращая на шину данные с соответствующими сигналами управления. Транзакция типа "Запись" требует, чтобы ЦП или устройство в/в послало в память адрес и данные и не ожидает возврата данных. Обычно ЦП вынужден простаивать во время интервала между посылкой адреса и получением

12.7 данных при выполнении чтения, но часто он не ожидает завершения операции при записи данных в память.

Рассмотрим выполнение операции суммирования простейшим процессором, при условии, что команды в памяти расположены последовательно.

АЛУ производит операции над 2 числами, формирует результат и признаки выполнения операции.

Регистр состояния хранит признаки результата операций.

Аккумулятор размещает обработанные данные и результат.

Регистр команд содержит исполняемый адрес команды.

Регистр адреса содержит адрес в памяти, откуда будет считана команда или операнд.

Регистр данных – промежуточный буфер между памятью и остальными регистрами МП.

12.8 Для решения задачи необходимо загрузить в память программу решения и исходные данные, сообщить МП начальный адрес размещения программы в памяти и запустить МП. Пусть команда расположена в памяти по адресу 135. В аккумуляторе – уменьшаемое, в счетчике команд – 135.

1. Адрес, содержащийся в счетчике команд, переписывается в регистр адреса по сигналу управления У1 и в память, откуда считывается команда по адресу 135 – «вычесть 26», которая помещается в регистр команд по сигналу У4.

2. Счетчик команд увеличивается на 1 и теперь указывает на команду по адресу 136.

3. УУ считывает из регистра команд код исполняемой команды, выясняет, что это команда вычитания и приступает к её выполнению.

12.9

4. Из регистра команд по команде У3 считывается и пересылается в память через регистр адреса адрес вычитаемого (26). Из память в регист данных переписывается численное значение вычитаемого.

5. Выполняется операция вычитания из содержимого аккумулятора содержимого регистра данных. По сигналам У5, У6, У10 полученная разность переписывается с выхода АЛУ в аккумулятор, по сигналу У8 заменяя значение уменьшаемого.

Таким образом, процесс выполнения команды сводится к определению последовательности открывания и закрывания вентильных схем.

13. 1 Назначение и структура простейшего процессора. Схема алгоритма выполнения команд.

Центральный процессор - это основной рабочий компонент компьютера, который выполняет арифметические и логические операции, управляет вычислительным процессом и координирует работу всех устройств компьютера.

Центральный процессор в общем случае содержит в себе:

• арифметико-логическое устройство;

• шины данных и шины адресов;

• регистры;

• счетчики команд;

• кэш - очень быструю память малого объема,

математический сопроцессор чисел с плавающей точкой.

13.2 Современные процессоры выполняются в виде микропроцессоров. Физически микропроцессор представляет собой интегральную схему - тонкую пластинку кристаллического кремния прямоугольной формы площадью всего несколько квадратных миллиметров, на которой размещены схемы, реализующие все функции процессора. Кристаллическая пластинка обычно помещается в пластмассовый или керамический плоский корпус и соединяется золотыми проводками с металлическими штырьками, чтобы его можно было присоединить к системной плате компьютера.

Основные характеристики процессора :

Производительность - основная характ, показывающая скорость выполнения компьютером операций обработки информации. Она в свою очередь зависит от следующих характеристик:

13.3

• тактовая частота - определяет число тактов работы процессора в секунду

• разрядность - определяет размер минимальной порции информации, называемой машинным словом

• адресное пространство - разрядность адресной шины, то есть максимальный объём оперативной памяти, которая может быть установлена на компьютере

В общих чертах алгоритм работы процессора при исполнении программ сводится к следующему:

1. установить начальный адрес программы в счетчике команд (СК);

2. загрузить по адресу, находящемуся в счетчике команд (СК), команду из ОЗУ в регистр команд (РК);

3. дешифровать команду: если это арифметическая команда, то выполнить ее и увеличить СК в соответствии с ее

13.4 форматом; если логическая, то вычислить адрес следующей команды и поместить его в СК;

4. перейти к пункту 2.

Н а рисунке показана графическая схема алгоритма работы процессора. Здесь в первую очередь следует обратить внимание на пункты 2 и 3.Манипулируя параметрами, указанными в этих пунктах (форматом команды, адресацией и т. п.), мы не только влияем на алгоритм работы процессора,но и фактически определяем его архитектуру.

14. 1 Архитектура МП 1801. Распределение адресов, логическая структура, система команд.

Имеет АЛУ и 8 регистров (R0-R7), слово состояния (или регистр флагов – PSW). Два из 8 регистров ( 7ой – счетчик, 6ой – указатель стека) привязаны, остальные используются произвольно. PSW:

0 – C – флаг переноса

1 – V – флаг переполнения

2 – Z – флаг нуля

3 – N – флаг отрицательного результата

4 – T – флаг прерывания. Если Т=1, то МП переходит к выполнению программы, начальный адрес которой расположен по адресу 14.

7 – 1 – никакое внешнее устройство не может прервать работу МП при выполнении текущей программы.

14.2 5,6,7 – приоритет.

Векторы прерывания – двухсловные. 1ое слово – адрес программы обработки прерывания, 2ое слово – PSW для этой программы.

Векторы прерываний:

4 – ошибка обращения к каналу

24 – нарушение питания

60 – клавиатура

64 – монитор

100 – таймер

Регистры внешних устройств имеют адреса, являющиеся старшими адресами ОП (RAM).

177560 – регистр состояния клавиатуры.

177562 – регистр данных клавиатуры

177564 – регистр состояния экрана

177566 – регистр данных экрана.

Регистр состояния клавиатуры и дисплея при готовности устройства содержат в страшем бите 1. 6ой бит предназначен для

14.3 разрешения прерывания, т.е. если он =1 и устройство готово, то возникает сигнал прерыв выполнения программы МП.

Пример: Программа для ввода символа с клавиатуры по прерыванию и выводу символа на экран по готовности устройства.

1000 mov #1040, 60 - число 1040 пересылается по адресу 60

mov #100, 177560

clr R0

A: CMPB R0, #33 ;(ESC)

BNE A

HALT

1040 mov 177562, R0

B: TSTB 177564

BPL B

movb R0, 177566

rti ;возврат из прерывания.

1. По адресу 60 записывается число 1040 – начальный адрес программы обработки прерываний от клавиатуры.

14.4

2. Записываем 100 по адресу 177560. 100=01000000 – разрешены прерывания от внешнего устройства

3. Очищаем регистр

4. Сравниваем R0 и ESC. По совпадению выходим из программы.

--

1) Пересылка в R0 содержимого по адресу 177562 (там код нажатой клавиши)

2) Тестирование байта по адресу 177564. Устанавливаются соответствующие флаги. Ждем готовности монитора. (если в старшем бите 0, то число «положительное»)

3) Пересылаем байт из R0 в регистр данных монитора. Этот символ попадает на экран.

15. 1 Архитектура МП INTEL 8086. Логическая структура, система команд.

Это 16-тиразрядный МП с 20-тиразрядной линией адреса, 16 линиями управления.

В данном процессоре длина слова составляет 16 бит, что равно 2 байтам. Минимально адресуемой и обрабатываемой единицей является байт, при этом адрес слова совпадает с адресом младшего байта и является четным. Максимальная емкость памяти 2¹¹=64 Кб. Сегментирование используется для расширения адресного пространства, максимальная длина каждого сегмента равна 64Кб. Адрес образуется парой сегмент и смещение Segment:Offset. Смещение сдвигается на 4 бита влево и суммируется с сегментом, результатом является физический адрес.

15.2 Регистры общего назначения 16-битные регистры АХ (аккумулятор), ВХ (база), СХ (счетчик), DX (регистр данных) могут использоваться без ограничений для любых целей - временного хранения данных, аргументов или результатов различных операций. Отдельные байты в 16-битных регистрах АХ - DX тоже имеют свои имена и могут использоваться как 8-битные регистры ( АН, ВН, СН, DH, AL, DL, CL, DL).

Другие четыре регистра общего назначения - SI (индекс источника), DI (индекс приемника), BP (указатель базы), SP (указатель стека) - имеют более конкретное назначение и могут применяться для хранения всевозможных временных переменных, только когда они не используются по назначению. Регистры SI и DI используются в строковых операц, ВР и SP использ при работе со стеком.

15.3 Сегментные регистры CS (сегмент кода), DS (сегмент данных), ES (дополнительный сегмент), SS(сегмент стека).

Смещение следующей выполняемой команды хранится в специальном регистре- IP (указатель инструкции).

Регистр флагов.

CF- флаг переноса (заёма); PF- флаг паритета (1-четное число единиц, 0 –нечет); AF- дополнительный флаг переноса (из бита 3 в бит 4); ZF- флаг нуля; SF- знаковый флаг («+» - 0, «-« - 1); TF- флаг трассировки (1- после выполнения каждой команды генерируется внутреннее прерыв; использ для отладки); IF- флаг прерываний (1 – разрешены прерывания от внешн устройств); DF- флаг направления (0 – от наименьшего к наибольшему); OF- флаг переполнения (1 – результ вышел за

15.4 пределы допустим диапозона).

Система команд i8086 Команды передачи данных (MOV, XCHG, PUSH, IN, OUT). Команды арифметических операций над целыми числами (ADD, SUB, СМР, MUL, DIV, INC). Логические команды (AND, OR, XOR). Сдвиговые команды. Команды передачи управления (JMP). Команды прерываний. Команды управления флагами. Команды управления процессором. Команды плавающей арифметики.

Назначение входов/выходов 8086.

CLK – вход тактовых импульсов, INTR - запрос на прерывание, INTA – выход подтверждения прерывания, RESET – сброс МП, HOLD – захват (Обычно сигнал на вход HOLD формирует контроллер прямого доступа к памяти), HLDA – подтверждение захвата, A/D 15-0 –16-ти разрядная мультиплексная шина адрес/данные, А16 – А19 –старшие четыре разряда адреса, BHE – разреше старшей половин шины данных,

15.5 RD – чтение, WR – запись, M/IO – память/ВУ (Сигналы RD, WR и M/IO подаются на внешние логические схемы, которые формируют системные управляющие сигналы MR, MW, IOR и IOW), DT/R – сигнал, дублирующий пару сигналов RD и WR, DEN – сигнал, стробирующий передачу информации по ШД, ALE – сигнал.

Внутренняя архитектура МП 8086 (операционное устройство и устройство шинного интерфейса). ОУ включает в себя 8 регистров общего назначения, регистр флагов, 16-разрядное АЛУ и микропрограммное УУ. Задачей ОУ является выполнение заданных в команде операций. ШИ содержит блок сегментных регистров, указатель команд (программный счетчик), сумматор адресов, очередь команд и буферы, обеспечивающие связь с шиной. ШИ обеспечивает обмен информацией между МП и ОП или портами ВУ.

15.6 То есть ШИ выполняет циклы шины. Оба этих устройства могут работать параллельно. Такая структура МП позволяет организовать, так называемый, конвейер команд.

Программная модель МП 8086. Регистр ax – в нем формируется результат (или его часть) в командах умножения и деления. Регистр bx - первый базовый регистр процессора (Использ для косвенной и базовой адресации). В качестве сегментного регистра берется регистр ds. Регистр cx используется в качестве счетчика в команде цикла loop и командах, перед которыми поставлен префикс повторения rep. То есть цикл или команда с префиксом будет повторяться до тех пор, пока сх не обнулится (естественно, после каждого прохода содержимое сх автоматически уменьшается). Dx – в некоторых операциях ввода/вывода содержит адрес порта.

16. 1 Архитектура МП Intel 80486, Pentium. Логическая структура, система команд. Суперскалярная архитектура.

Этот 32-разрядный быстродействующий процессор специально предназначен для работы мультизадачных операционных систем, таких как UNIX или OS/2.

Процессор i80486 полностью совместим с более ранними моделями - i8086, i80286, i80386, но в тоже время обладает существенно более высоким быстродств. Наиболее часто встречающиеся в программах команды выполняются за один машинный цикл. На кристалле процессора находится 8-кб кэш оперативн памяти, обеспеч высокую производительность даже при использ относите медленной памяти.

Кроме того, процессор i80486 содержит встроенный 32-разрядный арифметический сопроцессор, значительно увеличивающий скорость выполнения арифм команд.

16.2 С точки зрения прикладного программиста процессор i80486 практически не отличается от процессора i80386 (за исключением более высокой производительности). Все отличия касаются только системного уровня. Так как программирование процессора i80486 на системном уровне - достаточно сложный процесс, мы не станем описывать этот процессор во всех подробностях. Как правило, большинство программистов никогда не работают с системными регистрами процессоров i80386 и i80486, оставляя эту работу операционной системе или драйверам расширенной памяти.

В процессоре i80486 стали определены некоторые, зарезервированные ранее в процессоре i80386, биты регистров CR0, CR3, EFLAGS, есть некоторые новшества в таблицах страниц, новое исключение и несколько новых команд.

16.3 В регистре CR0 стали определены пять новых битов - NE, WP, AM, NW, CD.

В регистре CR3 определ два новых бита - PCD и PWT.

В регистре EFLAGS появился новый флаг AC (бит 18). Этот бит вместе с битом AM регистра CR0 контролирует проверку выравнивания объектов в памяти.

Новое исключение касается проверки выравнивания и имеет номер 17. Оно возникает при попытке обращения к данным, не выровненным в памяти. Для того чтобы при обращении к не выровн-му операнду в памяти произошло исключение контроля выравн, должны быть установлены флаг AC в регистре EFLAGS и бит AM в управляющем регистре CR0.

Заметим, что исключение контроля выравнивания генерируется только в программах, работающих в третьем, непривилегированном кольце.

16.4 Добавились три команды, предназначенные для использования прикладными программами - BSWAP, XADD, CMPXCHG, а также три новые системные команды, управляющие кэшем и TLB - INVD, WBINVD, INVLPG. Новые команды облегчают и ускоряют работу с семафорами, что очень важно для мультизадачных операционных систем.

Есть также некоторые изменения в формате команды MOV, используемой для доступа к тестовым регистрам. Появились новые регистры для работы с кэшем.

В целом можно отметить, что архитектура процессора i80486 не претерпела революционных изменений по сравнению с процессором i80386. Поэтому в большинстве случаев прикладной программист может считать, что процессор i80486 - это очень быстрый вариант процессора i80386.

16.5Термин «суперскалярная архитектура» обозначает процессорную архитектуру, которая содержит более одного вычислительного блока. Эти вычислительные блоки, или конвейеры, являются узлами, где происходят все основные процессы обработки данных и команд.

Отличительной особенностью процессоров построенных по суперскалярной архитектуре является развитая схема управления потоками команд и данных, передаваемых в различные ФИУ. Устройство предварительной выборки и диспетчеризации команд обеспечивает выборку команд в буфер команд, окончательную их дешифрацию, группировку и распределение для параллельного выполнения в конвейерных ФИУ.

16.6 Буфер команд позволяет согласовать скорость работы памяти со скоростью обработки исполнительных устройств процессора. Команды могут быть предварительно выбраны из любого уровня иерархии памяти, например, из кэш-памяти команд, внешней кэш-памяти или основной памяти системы.

Суперскалярная архитектура Pentium процессора представляет собой совместимую только с INTEL двухконвейерную индустриальную архитектуру, позволяющую процессору достигать новых уровней производительности посредством выполнения более, чем одной команды за один период тактовой частоты.

16.7 Появление суперскалярной архитектуры Pentium процессора представляет собой естественное развитие предыдущего семейства процессоров с 32-битовой архитектурой фирмы INTEL. Например, процессор Intel486 способен выполнять несколько своих команд за один период тактовой частоты, однако предыдущие семейства процессоров фирмы INTEL требовали множество циклов тактовой частоты для выполнения одной команды.

Возможность выполнять множество команд за один период тактовой частоты существует благодаря тому, что Pentium процессор имеет два конвейера, которые могут выполнять две инструкции одновременно.

17. 1 Режимы адресации ПК IBM PC

Большинство команд процессора вызываются с аргументами, которые в ассемблере принято называть операндами. Операнды в программе могут задаваться в

• регистрах общего назначения;

• непосредственно в коде команды;

• ячейках памяти, задаваемых в команде прямо или косвенно;

• портах ввода вывода.

Для указания месторасположения операнда используются 7 режимов адресации.

1. Регистровая адресация( самая быстрая): Операнды могут располагаться в любых регистрах общего назначения и сегментных регистрах. В этом случае в тексте программы указывается название соответствующего регистра (sub bl, 25).

17.2

2. Непосредственная адресация(самая быстрая): Некоторые команды (все арифметические команды, кроме деления) позволяют указывать один из операндов непосредственно в тексте программы. mov [200h],al.

3. Прямая адресация: Если известен адрес операнда, располагающегося в памяти, можно использовать этот адрес. В реальных программах обычно для задания статических переменных используют директивы определения данных, которые позволяют ссылаться на статические переменные не по адресу, а по имени. Если селектор сегмента данных находится в DS, имя сегментного регистра при прямой адресации можно не указывать, DS используется по умолчанию. Прямая адресация иногда называется адресацией по смещению.

17.3 4. Косвенная адресация: По аналогии с регистровыми и непосредственными операндами адрес операнда в памяти также можно не указывать непосредственно, а хранить в любом регистре. add ax, [bx]

5. Адресация по базе: Такая форма адресации используется в тех случаях, когда в регистре находится адрес начала структуры данных, а доступ надо осуществить к какому-нибудь элементу этой структуры. Другое важное применение адресации по базе со сдвигом - доступ из подпрограммы к параметрам, переданным в стеке, используя регистр ВР (ЕВР) в качестве базы и номер параметра в качестве смещения. add di, [si+100]

6. Прямая адресация с индексированием. Mov di, 2; mov al, TAB[DI], где TAB – таблица байт.

17.4 7. Адресация по базе с индексированием. Адресный код задает два регистра процессора и смещение. Процессор вычисляет Аф, складывая смещение и содержимое обоих регистров. Такая адресация удобна при работе с двухмерными массивами.

Mov ax, TAB[bx][dx]

Самыми быстрыми являются регистровая и непосредственная адресация, так как в этом случае операционный блок микропроцессора извлекает их либо из регистров, либо из конвейера команд. В других случаях адресация выполняется дольше, т.к. интерфейс шины должен вычислить адрес ячейки памяти, извлечь операнд и после этого передать операционному блоку. При работе с памятью следует обратить внимание на то, что старшая часть данных располагается в ячейках памяти со старшими адресами.

18. 1 Структуры микроЭВМ

Процессоры современных микроЭВМ (микропроцессоры) обычно изготавливают в виде одной большой интегральной схемы (БИС), имеющей до 300 тыс. элементов в кристалле, или в виде одной печатной платы, на которой кроме процессора часто размещают еще генератор тактовой частоты, часть памяти ЭВМ и ряд других устройств. Такой микропроцессор должен соединяться системой шин с памятью и контроллерами внешних устройств, и

эти соединения должны осуществляться через выводы БИС или контакты разъема (разъемов) печатной платы. Определим, сколько выводов требуется процессору базовой ЭВМ, чтобы он мог обмениваться информацией с памятью и ВУ.

Для связи с памятью процессору базовой ЭВМ необходимо передавать адрес (11-разрядная шина адреса), получать команды

18.2 или операнды (16-разрядная шина “Чтение”) или передавать результаты (16-разрядная шина “Запись”). Кроме того, необходимы провода для передачи ряда управляющих сигналов, т. е. всего около 45 проводов. Для связи с" контроллерами ВУ процессор должен иметь около 30 проводов (8 — шина ввода, 8 — шина вывода, 8 — адрес ВУ, сост флагов ВУ, запрос на прерыв и др.).

Следовательно, при изготовлении в виде БИС процессору базовой ЭВМ требуются более 75 выводов (надо подавать еще и питающие напряжения), а при изготовлении на печатной плате — два разъема по 40 или 48 контактов в каждом. Такое количество выводов БИС или печатной платы неоправд увелич их геометрические размеры, массу и стоимость (в настоящее время приходится учитывать стоимость печатных соедин, разъемов и кабелей, служащих для связи между устройст ЭВМ).

18.3 Сокращения выводов БИС (контактов разъемов) добиваются за счет использования двунаправленных шин. Так, вместо шин “Чтение” и “Запись” можно иметь лишь одну шину, по которой в зависимости от значения дополнительного управляющего сигнала (READ/WRITE) данные передаются либо из памяти в процессор, либо в обратном направлении (сокращение на 15 выводов) . Аналогичную двунаправленную шину можно использовать и для связи с контроллерами ВУ (ввод или вывод по сигналу IN/OUT), благодаря чему достигается сокращение еще на 7 выводов. Полученную таким образом структуру (рис. 5.2, а) будем называть структурой с раздельными шинамн

Сходство процессов обмена информацией процессора — ячеек памяти и процессора— регистров контроллеров ВУ приводит к мысли об использовании одних и тех же

18.3 выводов для связи с памятью и контроллерами ВУ, т. е. об организации структуры, изображенной на рис. 5.2, б. При такой структуре ЭВМ (структуре с изолированными шинами ) число выводов БИС сокращается еще на 16, но исчезает возможность одновременного обмена информацией между процессором, памятью и каким-либо ВУ. Чтобы занять шины для обмена с памятью, процессор подает управляющ сигналы R/W (READ/WRITE), а для обмена с ВУ — сигналы I/O (IN/OUT).

Дальнейшего сокращения выводов БИС микропроцессора с трехшинной структурой (шина адреса, данных и управления) можно добиться за счет объединения адресной шины и шины данных (двухшинная структура на рис. 5.2, в). При этом возникает так назыв мультиплексированная шина (от лат. multiplex — многократный), по которой в одни моменты времени передаются адреса,

18.4 а в другие — данные. Такая структура позволила бы создать БИС микропроцессора базовой ЭВМ всего лишь с 30 выводами.

Еще большего упрощения структуры процессора и шин добиваются за счет исключения команд ввода-вывода из системы команд ЭВМ. При этом часть адресного пространства памяти (пространства, определяемого разрядностью регистра адреса) отводят для адресов регистров контроллеров ВУ и используют для ввода и вывода любые команды ЭВМ, которые осуществляют запись данных в эту “область памяти” (в базовой ЭВМ команда MOV) и чтение из нее (например, ADD, AND из состава команд базовой ЭВМ).

Структуры с вводом-выводом, организованным по аналогии с обращением к памяти (структуры с общими шинами ), появились в начале 70-х годов.

а. — с раздельными шинами; б — с изолированными шинами; в — с изолированными шинами и мультиплексированием шин адресов и данных; г — с общими шинами; д — с общими шинами и мультиплексированием шин адресов и данных

19. 1 Организация ввода-вывода информации – программный, по прерыванию, прямого доступа к памяти. Интерфейсы ЭВМ.

В ЭВМ применяются три режима ввода/вывода: программно-управляемый ВВ (называемый также программным или нефорсированным ВВ), ВВ по прерываниям (форсированный ВВ) и прямой доступ к памяти. Первый из них характеризуется тем, что инициирование и управление ВВ осуществляется программой, выполняемой процессором, а внешние устройства играют сравнительно пассивную роль и сигнализируют только о своем состоянии, в частности, о готовности к операциям ввода/вывода. Во втором режиме ВВ инициируется не процессором, а внешним устройством, генерирующим специальный сигнал прерывания.

19.2 Реагируя на этот сигнал готовности устройства к передаче данных, процессор передает управление подпрограмме обслуживания устройства, вызвавшего прерывание. Действия, выполняемые этой подпрограммой, определя пользователем, а непосредственными операциями ВВ управляет процессор. Наконец, в режиме прямого доступа к памяти, который используется, когда пропускной способности процессора недостаточно, действия процессора приостанавливаются, он отключается от системной шины и не участвует в передачах данных между основной памятью и быстродействующим ВУ. Заметим, что во всех вышеуказанных случаях основные действия, выполняемые на системной магистрали ЭВМ, подчиняются двум основным принципам. 1. В процессе взаимодействия любых двух устройств ЭВМ одно из них обязательно выполняет активную, управляющую роль и является задатчиком, второе оказывается управляемым, исполнителем.

19.3 Чаще всего задатчиком является процессор. 2. Другим важным принципом, заложенным в структуру интерфейса, является принцип квитирования (запроса - ответа): каждый управляющий сигнал, посланный задатчиком, подтверждается сигналом исполнителя. При отсутствии ответного сигнала исполнителя в течение заданного интервала времени формируется так называемый тайм-аут, задатчик фиксирует ошибку обмена и прекращает данную операцию.

Программно-управляемый ВВ.

Данный режим характеризуется тем, что все действия по вводу/выводу реализуются командами прикладной программы. При необходимости ВВ в соответствующем месте программы используются команды IN или OUT. Такая передача данных называется синхронным или безусловным ВВ.

19.4 Однако для большинства ВУ до выполнения операций ВВ надо убедиться в их готовности к обмену, т.е. ВВ является асинхронным. Общее состояние устройства характеризуется флагом готовности READY, называемым также флагом готовности/занятости (READY/BUSY). Иногда состояния готовности и занятости идентифицируются отдельными флагами READY и BUSY, входящими в слово состояния устройства.

Процессор проверяет флаг готовности с помощью одной или нескольких команд. Если флаг установлен, то инициируются собственно ввод или вывод одного или нескольких слов данных. Когда же флаг сброшен, процессор выполняет цикл из 2-3 команд с повторной проверкой флага READY до тех пор, пока устройство не будет готово к операциям ВВ. Данный цикл называется циклом ожидания готовности

19.5 ВУ и реализуется в различных процессорах по-разному.

Основной недостаток программного ВВ связан с непроизводительными потерями времени процессора в циклах ожидания. К достоинствам следует отнести простоту его реализации, не требующей дополнительных аппаратных средств.

ВВ по прерываниям

Отличается от асинхронного программно-управляемого обмена тем, что переход к выполнению команд, физически реализующих обмен данными, осуществляется с помощью специальных аппаратных средств. Команды обмена данными в этом случае выделяют в отдельный программный модуль - подпрограмму обработки прерывания.

19.6 Задачей аппаратных средств обработки прерывания в процессоре микроЭВМ как раз и является приостановка выполнения одной программы (ее еще называют основной программой) и передача управления подпрограмме обработки прерывания. Действия, выполняемые при этом процессором, как правило, те же, что и при обращении к подпрограмме. Только при обращении к подпрограмме они инициируются командой, а при обработке прерывания - управляющим сигналом от ВУ, который называют "Запрос на прерывание" или "Требование прерывания".

Эта важная особенность обмена с прерыванием программы позволяет организовать обмен данными с ВУ в произвольные моменты времени, не зависящие от программы, выполняемой в микроЭВМ.

19.7 Таким образом, появляется возможность обмена данными с ВУ в реальном масштабе времени, определяемом внешней по отношению к микроЭВМ средой. Обмен с прерыванием программы существенным образом экономит время процессора, затрачиваемое на обмен. Это происходит за счет того, что исчезает необходимость в организации программных циклов ожидания готовности ВУ, на выполнение которых тратится значительное время, особенно при обмене с медлен ВУ.

Прерывание программы по требованию ВУ не должно оказывать на прерванную программу никакого влияния кроме увеличения времени ее выполнения за счет приостановки на время выполнения подпрограммы обработки прерывания. Поскольку для выполнения подпрограммы обработки прерывания используются различные регистры процессора (счетчик

19.8 команд, регистр состояния и т.д.), то информацию, содержащуюся в них в момент прерывания, необходимо сохранить для последующего возврата в прерванную программу.

ПДП

Одним из способов обмена данными с ВУ является обмен в режиме прямого доступа к памяти (ПДП). В этом режиме обмен данными между ВУ и основной памятью микроЭВМ происходит без участия процессора. Обменом в режиме ПДП управляет не программа, выполняемая процессором, а электронные схемы, внешние по отношению к процессору. Обычно схемы, управляющие обменом в режиме ПДП, размещаются в специальном контроллере, который называется контроллером прямого доступа к памяти.

Обмен данными в режиме ПДП позволяет использов в микроЭВМ быстродействующ

19.9 внешние запоминающие устройства, такие, например, как накопители на жестких магнитных дисках, поскольку ПДП может обеспечить время обмена одним байтом данных между памятью и ВЗУ, равное циклу обращения к памяти.

Для реализации режима прямого доступа к памяти необходимо обеспечить непосредственную связь контроллера ПДП и памяти микроЭВМ. Для этой цели можно было бы использовать специально выделенные шины адреса и данных, связывающие контроллер ПДП с основной памятью. Но такое решение нельзя признать оптимальным, так как это приведет к значительному усложнению микроЭВМ в целом, особенно при подключении нескольких ВЗУ.

В целях сокращения количества линий в шинах микроЭВМ контроллер ПДП подключается к памяти посредством шин

19.10 адреса и данных системного интерфейса. При этом возникает проблема совместного использования шин системного интерфейса процессором и контроллером ПДП. Можно выделить два основных способа ее решения: реализация обмена в режиме ПДП с "захватом цикла" и в режиме ПДП с блокировкой процессора.

Применение в микроЭВМ обмена данными с ВУ в режиме ПДП всегда требует предварительной подготовки, а именно: для каждого ВУ необходимо выделить область памяти, используемую при обмене, и указать ее размер, т.е. количество записываемых в память или читаемых из памяти байт (слов) инф. Следовательно, контроллер ПДП должен обязательно иметь в своем составе регистр адреса и счетчик байт (слов). Перед началом обмена с ВУ в режиме ПДП процессор должен выполнить программу загрузки.

19.11 Эта программа обеспечивает запись в указанные регистры контроллера ПДП начального адреса выделенной ВУ памяти и ее размера в байтах или словах в зависимости от того, какими порциями инф ведется обмен. Сказанное не относится к начальной загрузке программ в память в режиме ПДП. В этом случае содержимое регистра адреса и счетчика байт слов устанавл переключателями или перемычки непосред на плате контролера.

В микроЭВМ можно использть несколько ВУ, работающ в режиме ПДП. Предоставл таким ВУ шин системного интерфейса для обмена данными производ на приоритетной основе. Приоритеты ВУ реализуются так же, как и при обмене данными в режиме прерывания, но вместо управл сигналов "Требов прерывия" и "Предостав прерывя" использ сигналы "Требов прямого доступа" и "Предоставл прям доступа", соответств.

20. 1 Программируемый периферийный интерфейс. Назначение, формат байта управления, адресация, подключение к нему устройств.

Имеет три двунаправленных восьмиразрядных канала связи с ВУ, называемых портами (PA, PB, PC). PC можно разбить на 2 независимых четырехбитных порта.

Таким образом МС содержит 8 бит для подключения к МП, два разряда выбора порта, 1 бит выбора микросхемы CS, бит сброса RESET, бит чтения RD, бит записи RW.

Два разряда выбора порта служат для выбора одного из портов обмена данными или внутреннего регистра состояния (управления).

МС переводится в рабочее состояние активным значением сигнала на инверсном входе CS.

20.2 Обмен данными м/у МП и ВУ, которое подключено к портам МС, осуществляется по командам ассемблера IN и OUT, выполнение которых осущ в 2 этапа:

-- МП помещает адрес на ША. С выхода дешифратора 0 поступает на вход CS и переводит МС в рабочее состояние.

-- OUT: МП помещает байт, находящийся в младшем байте аккумулятора AL, на ШД и одновременно вырабатывает строб записи на вход RW.

IN: МП посылает на вход управления чтением строб чтения RD, по которому в AL по ШД считывается байт данных из порта.

Байт управления:

Биты на месте PA, PB, PCn, PCl определяют направление передачи данных через соответствующий порт. 1 – ввод, 0 – вывод.

21. 1Органз прерыв при обмен данн с ВУ

Внешние прерывания могут возникать во внешней по отношению к процессору среде и отмечать как аварийные ситуации, так и нормальные рабочие события, которые происходят в случайные моменты времени (нажатие клавиши на клавиатуре, исчерпан буфер принтера). Во всех этих случаях требование прервать выполнение текущей программы и перейти на выполн другой программы обуславливает это событие. С точки зрения реализации внутренние и внешние прерыв функц-ют одинаково, но для внешних прерыв возникает проблема идентификации источника прерываний. Анализ состояния внешней среды можно осуществить путём программного скан-ия через определ промежутки времени слов состояния всех возможных источников прерывания. Переход на прерывающую программу.

21.2 Подсист прерыв имеет такие функц:

1. Обнаруж внеш среды (запрос на прерыв).

2. Идентификация источника прерывания.

3. Разрешение конфликтной ситуации в случае одновременного возникновения нескольких запросов (приоритет запросов).

4. Определение возможности прерывания текущей программы (приоритет программы).

5. Фиксация состояния прерываемого процесса (текущей программы).

6. Переход к программе, соответствующей обслуживаемому прерыванию.

7. Возврат к прерванной программы после окончания работы прерывающей программы.

21.3

1. Фиксация изменения состояния внешней среды осуществляется датчиками, компараторами, схемами формирования состояний. Как правило, на одну линию запросов подключается несколько источников прерывания, а иногда и все источники системы – на единственный вход. Различают 2 типа входов запросов: радиальные и векторные. МП анализирует состояние входов запросов в конце каждого машинного цикла.

2. Получив запрос на прерывание МП должен идентифицировать его источник, т.е. определить начальный адрес обслуживющ это прерывание прог-ы.

Каждый радиальный вход связан с определенным адресом памяти, по которому размещается указатель на обслуживающую программу, или сама программа.

21.4 Если на радиальный вход поступает несколько запросов, то необходимо осуществить программную идентификацию источника путем последовательного опроса всех возможных источников в порядке убывания приоритетов. Время реакции системы на запрос может быть очень большим, но зато не требуются дополнительные аппаратные средства.

В современных системах используется векторная подсистема прерываний. В такой системе микропроцессор, получив запрос на входе, выдаёт на свою выходную линию сигнал подтверждения прерывания. Источник, выставивший запрос, получая сигнал подтверждения прерывания INTA, выдаёт на системную шину данных вектор прерывания, т.е. свой номер или адрес обслуживающей программы, или (чаще всего) адрес памяти, по которой расположен указатель на обслуживающую программу.

21.5 Время реакции на запрос вектора прерывания минимум(1-3 машинного цикла) и не зависит от числа обслуживающих источников.

3. Для исключения конфликтов при одновременном возникновении нескольких запросов ответный сигнал МП на векторном входе, ответный сигнал INTA подаётся на источник запросов не параллельно, а последовательно – в порядке убывания приоритетов запросов. Источник, не выставлявший запроса, транслирует сигнал INTA со своего входа на выход. А источник, выставивший запрос, блокирует дальнейшее распространение сигнала. Т.е. только один источник, выставивший запрос, получит от МП сигнал INTA и выдаст по нему свой вектор прерывания на шину данных.

21.6 4. Прерывание в общем случае может возникать не только при решении фоновой задачи, но и в момент работы другой прерывающей программы, причём не всякую прерывающую программу допустимо прерывать любым запросом. В общем случае, в каждый момент работы МП должно быть выделено подмножество запросов, которым разрешено прерывать текущую программу. Обычно предусматривается программно-доступный флаг разрешения прерывания. Для создания более гибкой системы приоритетов программы, на каждом источнике прерываний может быть предусмотрен специальный программно-доступный триггер разрешения формирования запроса. В таком случае возможно формирование произвольного подмножества разрешенных в данный момент источников прерываний.

21.7 В большинстве МП прерывание может осуществляться после выполнения очередной команды. Состояние программы в этом случае характеризуется содержимым счетчика команд, регистра общего назначения и регистра флагов. Состояние программного счетчика, иногда регистра флагов и PSW, аппаратно фиксируется в стеке, а значение регистров общего назначения – программно.

22. 1 Классы и виды прерываний ПК. Программируемый контроллер прерываний. Назначение, структура, принцип работы.

Под прерыванием понимается некоторое событие, заставляющее МП прервать выполнение текущей программы и перейти к подпрограмме обработки (обработчику) этого события. После того, как обработчик завершает свою работу, МП возвращается к прерванной программе, в ту точку, где она была прервана. При обработке программ в центральном процессоре могут возникнуть события, которые связаны с ситуацией внутри или вне ЭВМ, требующие прервать обработку данной программы и перейти к обработке другой. Ей может быть программа, которая обрабатывает данное событие. Любое прерывание осуществляется по сигналам прерывания, которые делятся на:

22.2

1. внутренние, которые могут быть запросами от систем контроля и диагностики; запросами, формируемыми при переполнении разрядной сетки; запросами от других программ; при обращении к периферийным устройствам.

• если обрабатывается программа и в какой-то момент времени система контроля определяет, что произошла ошибка, то программа должна быть прервана и на обработку вызвана другая программа, в задачи которой входит определение: что же произошло в машине.

• при возникновении запроса от центрального процессора по переполнению разрядной сетки, должна вызыв прог-ма, обрабатывающ данную ситуацию.

запросы от периферийных устройств возникают в тех классах машин, где организована параллельность работы

• 22.3 централь процессора с одной шиной

• В случае выставления запроса приоритет отдается периферийному устройству, а программа должна быть прервана.

2. внешние, могут быть запросами от других ЭВМ и запросами от внешних источников информации.

• запросы от других машин в многомашинных системах возникают если несколько ЭВМ объединены на каком-либо поле памяти, т.е. обращение одной машины к полю памяти может прервать работу других машин.

• так как машины работают в реальном времени, то при появлении запроса от внешнего источника информации работа программы должна быть прервана, и управление перейдет к программе, осуществляющей обработку внешней информации, иначе информация будет потеряна.

22.4 О совершении некоего события микропроцессор может узнать по сигналу, называемому прерыванием. При этом исполнение текущей последовательности команд приостанавливается (прерывается), а вместо нее начинает выполняться другая последовательность, соответствующая данному прерыванию. Обычно прерывания подразделяются на аппаратные, логические и программные.

Аппаратные прерывания (IRQ) передаются по специальным линиям системной шины и связаны с запросами от внешних устройств (например, нажатие клавиши на клавиатуре). Логические прерывания возникают при работе самого микропроцессора (например, деление на ноль), а программные инициируются выполняемой программой и обычно используются для вызова специальных подпрограмм.

22.5 Аппаратные прерывания бывают маскируемые и немаскируемые. Немаскируемые выполняются независимо от флага разрешения прерывания IF по сигналу отключения питания NMI.

Контроллер прерываний i8259

Программируемый контроллер прерываний 8259 предназначен для обработки до восьми приоритетных уровней прерываний. Возможно каскадирование микросхем, при этом общее число уровней прерываний будет достигать 64.

Отличительной особенностью этого контроллера прерываний является то, что он не генерирует код команды CALL вызова, поэтому область векторов прерываний может располагаться по произвольным адресам памяти.

22.6 Контроллер прерываний включает в себя блоки связи с системной ШУ и шиной запросов, схему анализа приоритетов и 3 восьмиразрядных регистра:

регистр запросов, в котором фиксируются запросы от источников прерываний;

регистр маски, определяющий подмножество источников, которым разрешены прерывания;

регистр состояния (обслуживаемых запросов), в котором фиксируются запросы, принятые на обслуживание.

Стандартное подключение внешних устройств (приоритеты убывают сверху вниз):

23. 1Использование BIOS для ввода-вывода информации в ПК.

BIOS (Basic Input/Output System, базовая система ввода/вывода) - набор небольших подпрограмм, используя которые операционная система и прикладные программы "общаются" с аппаратным обеспечением.

Управление устройствами осуществляется через механизм прерываний.

Прерывания :

- аппаратные(инициируются аппаратными средствами),

- логические (инициируются микропроцессором - нестандарт-

ные ситуации в работе микропроцессора),

- программные(инициируются каким-либо программным обеспечением).

23.2 Все необходимые экранные и клавиатурные операции можно выполнить используя команду INT 10H, которая передает управление непосредственно в BIOS.

Команда INT прерывает обработку программы, передает управление в BIOS для определенного действия и затем возвращает управление в прерванную программу для продолжения обработки.

Посимвольный ввод путем обращения непосредственно к драйверу BIOS (базовой системе ввода-вывода) с помощью прерывания 16 (int 16h).

Работая с клавиатурой на уровне BIOS, мы можем считывать двухбайтовые коды, поступаемые в кольцевой буфер (скен и ASCII) и анализировать словосостояние регистра флагов клавиатуры.

23.2

1. Ф-ция 00 – чтение 2-х байт ввода из входного буфера.

2. Ф-ция 01 – чтение состояния клавы и 2-х байтов ввода, при этом флаг ZF равен 0, если в кольцевом буфере есть символ (ZF).

3. Ф-ция 02 – позволяет читать флаги клавы. При 16h мы получаем в AH – скен код; AL – ASCII код

Вывод тестовой информации на экран.

В текстовом режиме изображение обычно состоит из 25 строк по 80 символов в строке. В памяти одновременно могут храниться несколько экранов, т.е. текстовых страниц. Программные средства обслуживания экрана включают в себя:

- Драйвер базовой системы ввода-вывода BIOS к которому можно обратиться с помощью прерывания int 10h, которое обеспечивает нижний уровень управления, т.е. вывод символов, работа с курсором

24. 1 ПДП. Необходимость и способы реализации ПДП. Контроллер ПДП.

Одним из способов обмена данными с ВУ является обмен в режиме прямого доступа к памяти (ПДП). В этом режиме обмен данными между ВУ и основной памятью микроЭВМ происходит без участия процессора. Обменом в режиме ПДП управляет не программа, выполняемая процессором, а электронные схемы, внешние по отношению к процессору. Обычно схемы, управляющие обменом в режиме ПДП, размещаются в специальном контроллере, который называется контроллером прямого доступа к памяти.

Обмен данными в режиме ПДП позволяет использовать в микроЭВМ быстродействующие внешние запоминающие устройства, такие, например, как накопители на жестких магнитных дисках, поскольку ПДП может

24.2 обеспечить время обмена одним байтом данных между памятью и ВЗУ, равное циклу обращения к памяти.

Для реализации режима прямого доступа к памяти необходимо обеспечить непосредственную связь контроллера ПДП и памяти микроЭВМ. Для этой цели можно было бы использовать специально выделенные шины адреса и данных, связывающие контроллер ПДП с основной памятью. Но такое решение нельзя признать оптимальным, так как это приведет к значительному усложнению микроЭВМ в целом, особенно при подключении нескольких ВЗУ. В целях сокращения количества линий в шинах микроЭВМ контроллер ПДП подключается к памяти посредством шин адреса и данных системного интерфейса. При этом возникает проблема совместного использования шин системного интерфейса

24.3 процессором и контроллером ПДП. Можно выделить два основных способа ее решения: реализация обмена в режиме ПДП с "захватом цикла" и в режиме ПДП с блокировкой процессора.

Применение в микроЭВМ обмена данными с ВУ в режиме ПДП всегда требует предварительной подготовки, а именно: для каждого ВУ необходимо выделить область памяти, используемую при обмене, и указать ее размер, т.е. количество записываемых в память или читаемых из памяти байт (слов) информации. Следовательно, контроллер ПДП должен обязательно иметь в своем составе регистр адреса и счетчик байт (слов). Перед началом обмена с ВУ в режиме ПДП процессор должен выполнить программу загрузки. Эта программа обеспечивает запись в указанные регистры контроллера ПДП начального адреса выделенной ВУ

24.4 памяти и ее размера в байтах или словах в зависимости от того, какими порциями информации ведется обмен.

Сказанное не относится к начальной загрузке программ в память в режиме ПДП. В этом случае содержимое регистра адреса и счетчика байт слов устанавливается переключателями или перемычками непосредственно на плате контроллера.

В микроЭВМ можно использовать несколько ВУ, работающих в режиме ПДП. Предоставление таким ВУ шин системного интерфейса для обмена данными производится на приоритетной основе. Приоритеты ВУ реализуются так же, как и при обмене данными в режиме прерывания, но вместо управляющих сигналов "Требование прерывания" и "Предоставление прерывания" используются сигналы "Требование прямого доступа" и "Предоставление

24.5 прямого доступа", соответственно.

На время ПДП процессор отключается от системной шины, поэтому в систему вводится специальная схема контроллера ПДП (КПДП), которая и управляет обменом. Пусть, например, надо передать байт информации из ОП в порт ВУ. Предварительно КПДП должен быть задан адрес ячейки ОП, откуда будет передаваться информация и направление передачи. Когда ВУ потребуется прочитать данный байт, оно формирует запрос на ПДП, поступающий на контроллер. Последний формирует активный сигнал на вход HOLD МП. Получив этот сигнал МП, прекращает выполнение программы, отключается от шин и вырабатывает сигнал подтверждения захвата HLDA. С этого момента управление системной шиной берет на себя КПДП. Для нашего примера КПДП выполняет следующие действия:

24.6 вырабатывает сигнал подтверждения ПДП, подключающий порт ВУ к ШД, выставляет на ША адрес ячейки ОП, вырабатывает сигналы MR и IOW, задающие вид операции соответственно для ОП и ВУ. После передачи байта КПДП снимает активный сигнал с входа HOLD МП, возвращая последнему управление системной шиной. Передача байта из ВУ в ОП производится аналогично, меняются только сигналы, задающие вид операции для ОП и ВУ. При ПДП возможна передача целого блока информации. В этом случае КПДП предварительно задается направление передачи, начальный адрес блока в ОП и размер блока. После передачи очередного байта сигнал HOLD не снимается, содержимое счетчика байт уменьшается на единицу, а адрес ячейки ОП либо уменьш, либо увелич (в завис-ти от настройки КПДП) на единицу.

24.7 Процесс обмена продолжается, пока счетчик байт не обнуляется.

Контроллер прямого доступа к памяти Данная микросхема включает в себя четыре независимых канала ПДП: соответственно канал 0, канал1, канал 2 и канал 3. Каждый канал может находится в двух основных режимах: режиме программирования и режиме ПДП. В процессе программирования канал может быть настроен на работу в следующих режимах:

1. Режим одиночной передачи. В этом режиме канал осуществляет передачу байта информации между ОП и портом ВУ, после чего КПДП возвращает шину МП. В этом режиме можно задавать блок информации, но передаваться он будет побайтно.

2. Режим блоковой передачи. В этом режиме канал производит передачу блока инф. КПДП не возвращает шину МП до тех пор, пока не будет передан весь блок.

3. 24.8 Режим передачи по требованию. По смыслу это та же блоковая передача, однако, после передачи каждого байта КПДП проверяет вход запроса на ПДП (DREQ) канала. Если на нем стоит активный сигнал, значит ВУ готово к дальнейшему обмену и передача продолжается. Если на DREQ стоит пассивный сигнал, значит ВУ к дальнейшему обмену не готово, передача прекращается (до нового запроса от этого ВУ) и шина возвращается МП.

4. Каскадный режим. В системе может стоять несколько КПДП, но при этом они соединяются каскадно (один ведущий, остальные ведомые). Сигнал с выхода HRQ ведомого заводится не на вход HOLD МП, а на вход DREQ одного из каналов ведущего. Если какой-либо канал КПДП настроен на каскадный режим, значит к входу DREQ этого канала подключ ведомый контроллер.

24.8 Сущ специфический вид передачи, который называется «память – память». Как следует из названия, обмен здесь идет не между ОП и ВУ, а между двумя областями ОП. Для такой передачи используются два фиксированных канала: канал 0 и канал 1. В канале 0 задается начальный адрес области ОП, откуда будет передаваться информация. В канале 1 – начальный адрес области ОП, куда будет передаваться информация, и размер передаваемого блока. Запрос на передачу «память – память» подается на канал 0. Получив этот запрос КПДП за один цикл шины считывает из ОП байт, адрес которого он берет из канала 0, и помещает его в свой внутренний регистр временного хранения.

Затем КПДП формирует второй цикл шины, в котором этот байт записывается в ОП, по адресу, взятому из канала 1. После этого производится автодекремент счетчика

24.9 байт и автоинкремент (или автодекремент) адресов в каналах 0 и 1. И так далее. При передаче «память – память» можно использовать режим автофиксации, при котором в процессе передачи адрес в канале 0 не меняется. То есть этот режим позволяет заполнять заданную область памяти константой. Режим «память – память» используется, например, для регенерации динамического ОЗУ.

Обычно по окончании передачи блока канал надо перепрограммировать. Однако, если канал настроен на автоинициализацию, перенастройка канала не требуется, поскольку канал автоматич перезагруж исходн данными.

Во избежание конфликтных ситуаций, всем каналам КПДП присваивается приоритет. По умолчанию старший приоритет имеет канал 0, однако мы можем программно измен приор-ты каналов.

25. Контроллер ПДП с блокировкой МП. Вывод данного в блоковой передаче.

26. 1 Контроллер НГМД. Назначение, принцип действия.

Основными функциями контроллера являются:

• организация интерфейса между ПЭВМ и НГМД;

• преобразование восьмиразрядного кода данных в последовательность бит в формате FM при записи информации на диск и обратное преобраз при ее считыв;

• выработка сигналов управления шаговыми двигателями магнитных головок и двигателем вращения диска НГМД;

• прием и обработка сигналов состояния НГМД;

• синхр всех проц-ов прием и передч инф.

Операции контроллера делятся на фазы: приказа (передать байты в регистр упр и состояния); выполнения (реализуется запрошенная операция), результата (считывание данных о состоянии)

26.2 передаётся результату выполнения команды (от контроллера к мкп).

Приказы контроллера: Считать данные, записать данные, считать дорожку (прочитать данные со всей дорожки), прочитать поле идентификации, формировать дорожку (т.е. записать данные форм-я на д), сканировать данные на указанное условие ( сформировать сигнал прерывания, когда условие выполнено), инициировать (перемещение головки на любую дорожку), считать состояние накопителя, определить (скорость шага головки, время разгрузки, режим прямого доступа к памяти), искать (позиционировать головку на указанную дорожку), считать состояние после прерывания.

26. Контроллер памяти i8203. Подключение БИС памяти к системному интерфейсу.

28. 1Универсальный приемо-передатчик. Назначение, формат инструкции режима, команда управления, байт состояния.

PCI (программируемый связной интерфейс) предназначен для организации обмена данными между МП и удаленными внешними устройств в последовательном формате. В качестве передатчика PCI преобразует параллельный код в последовательный и отправляет его в линию связи. В качестве приемника – осуществляет обратное преобразование.PCI может обмениваться данными с удаленными устройствами в симплексном (в одном направлении), полудуплексном (в двух направлениях по очереди) и дуплексном (в двух направлениях одновременно) режимах.

Включ PCI в микропроцессорную схему: Выходной сигнал определенной частоты от CT0 поступает на входы синхросигнала

28.2 передатчика TxC и вход синхросигнала приемника RxC.

Fclk – вход частоты синхронизации

C/D – вход управление/данные. 1 – управление, 0 –данные. Нужен для адресации.

CS – выбор чипа. TxD – выход передатчика

RxD – вход приемника

CTS – готовность приемника терминала

Частота, поступающая на входы TxC и RxC должна быть не более Fclk/4.5.

A0 подключена к функциональному входу. Если этот вход нулевой, то МП и МС обмениваются байтом данных, если 1 – запись байта управление или чтение байта состояния.

Одним из наиболее распространенных режимов работы является асинхронный режим. В этом режиме каждый передаваемый символ содержит следующие поля:

28.3 обязательный стартовый бит (0)

от 5 до 8 информационных бит

необязат бит контроля четности/нечетности

от 1 до 2 стоп-бит.

МС программируется записью в нее байта управления, который может быть двух типов: инструкция режима и команда управления.

Формат инструкции режима.

D0,D1 – делитель тактового интервала (00 – синхронный режим, 01 – (недопустимо в асинхронном режиме) частота синхронизации в мк/сх определяется как входная частота / 1, 10 – частота синхронизации определяется: f =Fвх/ 16, 11 – f=Fвх / 64); D2,D3 – число информационных бит (00 – 5 инф бит, 01 – 6, 10 – 7, 11 – 8); D4,D5 – определяет вид контроля (00 и 10 – отсутствие контроля, 01 – контроль нечётности, 11 – чётности); D6,D7 – число стоп-бит (00 – запрет

28.4 (отсутствие), 01 – 1, 10 – 1.5, 11 – 2).

Формат команды управления:

D0 – TxEN – разрешение работы МС в качестве передатчика

D2 - RxEN – в качестве приемника

D4 – ER – сброс флага ошибок МС

D6 – RESET – программный сброс МС в исходное состояние.

Контроль за работой МС осуществляется путем чтения байта состояния:

D0 – TxRDY – флаг готовности передатчика

D1 – RxRDY – флаг готовности приемника

D3 – PE – ошибка четности/нечетности

D4 – OE – ошибка приема

D5 – FE – нет стоп-бита

29. 1 Последоват интерфейс RS232. Функции сигналов и основные линии.

Для дистанционного программирования технологического оборудования и контролирования процессов с передачей данных используется последовательные интерфейсы. Существуют специальные микросхемы ввода и вывода, решающие проблемы преобразования. Вот список наиболее типичных сигналов таких микросхем:

D0–D7 — входные–выходные линии данных, подключаемые непосредственно к шине процессора; RXD — принимаемые данные (входные последовательные данные); TXD — передаваемые данные (выходные последовательные данные); CTS — сброс передачи. На этой линии периферийное устройство формирует сигнал низкого уровня, когда оно готово воспринимать информацию от процессора;

29.2 RTS — запрос передачи. На эту линию микропроцессорная система выдает сигнал низкого уровня, когда она намерена передавать данные в периферийное устройство (короткие линии связи). RS-232C является наиболее широко распространенной стандартной последовательной связью между микрокомпьютерами и периферийными устройствами. Интерфейс, определенный стандартом Ассоциации электронной промышленности (EIA), подразумевает наличие оборудования двух видов: терминального DTE и связного DCE. Терминальное оборудование (микрокомпьютер) может посылать и принимать данные по последовательному интерфейсу. Связные оборудования — устройства, которые могут упростить передачу данных совместно с терминальным оборудованием (модем –

29.3 соед звено м/д компом и тел линией). Произведя незначительные изменения в линиях интерфейса RS–232C, можно заставить связное оборудование функционировать как терминальное.

Основные линии сигналов и их функции интерфейса RS–232C :

29.4

29.5 Терминальное оборудование обычно оснащено разъемом со штырьками, а связное — разъемом с отверстиями (но могут быть и исключения). Сигналы интерфейса RS–232C подразделяются на следующие классы: Последовательные данные (например, TXD, RXD). Интерфейс RS–232C обеспечивает два независимых последовательных канала данных: первич (главный) и вторичный (вспомогательный). Оба канала могут работать в дуплексном режиме. Управляющие сигналы квитирования (например, RTS, CTS). Сигналы квитирования — средство, с помощью которого обмен сигналами позволяет DTE начать диалог с DCE до фактической передачи или приема данных по последовательной линии связи. Сигналы синхронизации (например, TC, RC). В синхронном режиме (в отличие от более распространенного асинхронного)

29.6 между устройствами необходимо передавать сигналы синхронизации, которые упрощают синхронизм приним-го сигнала в целях его декодирования.

Виды сигналов: В большинстве схем, содержащих интерфейс RS–232C, данные передаются асинхронно, т.е. в виде последовательности пакета данных. Каждый пакет содержит один символ кода ASCII (представляются семью битами), причем информация в пакете достаточна для его декодирования без отдельного сигнала синхронизации. По интерфейсу RS–232C, необходимо ввести дополнит биты, обозначающие начало и конец пакета. Кроме того, желательно добавить лишний бит для простого контроля ошибок по четности. Наиболее широко распространен формат, включающий в себя один стартовый бит, один бит чётности и два стоповых бита.

30. 1 Устройство ввода – клавиатура. Назначение, принцип действия.

Клавиатура — клавишное устройство управления персональным компьютером. Служит для ввода алфавитно-цифровых (знаковых) данных, а также команд управления. Комбинация монитора и клавиатуры обеспечивает простейший интерфейс пользователя. С помощью клавиатуры управляют компьютерной системой, а с помощью монитора получают от нее отклик.

30.2 Все горизонтальные линии матрицы подключены через резисторы к источнику питания +5 В. Клавиатурный компьютер имеет два порта - выходной и входной. Входной порт подключен к горизонтальным линиям матрицы (X0-X4), а выходной - к вертикальным (Y0-Y5).

Устанавливая по очереди на каждой из вертикальных линий уровень напряжения, соответствующий логическому 0, клавиатурный компьютер опрашивает состояние горизонтальных линий. Если ни одна клавиша не нажата, уровень напряжения на всех горизонтальных линиях соответствует логической 1 (т.к. все эти линии подключены к источнику питания +5 В через резисторы). Если оператор нажмет на какую-либо клавишу, то соответствующая вертикальная и горизонтальная линии окажутся замкнутыми.

30.2 Когда на этой вертикальной линии процессор установит значение логического 0, то уровень напряжения на горизонтальной линии также будет соответствовать логическому 0.

Как только на одной из горизонтальных линий появится уровень логического 0, клавиатурный процессор фиксирует нажатие на клавишу. Он посылает в центральный компьютер запрос на прерывание и номер клавиши в матрице. Аналогичные действия выполняются и тогда, когда оператор отпускает нажатую ранее клавишу.

Принцип действия клавиатуры заключается в следующем.

1. При нажатии на клавишу (или комбинацию клавиш) специальная микросхема, встроенная в клавиатуру, выдает так называемый скан-код.

30.3 2. Скан-код поступает в микросхему, выполняющую функции порта клавиатуры. (Порты — специальные аппаратно-логич устройства, отвечающие за связь проца с другими устройств-и). Данная микросхема находится на основной плате компьютера внутри системного блока.

3. Порт клавиатуры выдает процессору прерыв с фиксир номером. Для клавиатуры номер прерывания — 9 (Interrupt 9, Int9).

4. Получив прерывание, процессор откладывает текущую работу и по номеру прерывания обращается в специальную область оперативной памяти, в которой находится так называемый вектор прерыв. Вектор прерываний — это список адресных данных с фиксированной длиной записи. Каждая запись содержит адрес программы, которая должна обслужить прерывание с номером, совпадающим с номером записи.

30.4 5. Определив адрес начала программы, обрабатывающей возникшее прерывание, роцессор переходит к ее исполнению. Простейшая программа обработки клавиатурного прерывания «зашита» в микросхему ПЗУ, но программисты могут подставить» вместо нее свою программу, если изменят данные в векторе прерываний.

6. Программа-обработчик прерывания направляет процессор к порту клавиатуры, где он находит скан-код, загружает его в свои регистры, потом под правлением обработчика определяет, какой код символа соответствует данному скан-коду.

7. Далее обработчик прерываний отправляет полученный код символа в небольшую область памяти, известную как буфер клавиатуры, и прекращает свою работу, известив об этом процессор.

8. Процессор прекращает обработку прерыв и возвращ к отложенной задаче.

30.5 9. Введенный символ хранится в буфере клавиатуры до тех пор, пока его не заберет оттуда та программа, для которой он и предназначался, например текстовый редактор или текстовый процессор. Если символы поступают в буфер чаще, чем забираются оттуда, наступает эффект переполнения буфера. В этом случае ввод новых символов на некоторое время прекращается. На практике в этот момент при нажатии на клавишу мы слышим предупреждающий звуковой сигнал и не наблюдаем ввода данных.

Входной порт посылает нулевой сигнал в нулевую строку, при этом проверяются линии столбцов (на них первоначально находится единичный сигнал), после чего в выходной порт в первую строку… Как только входной порт получает по линии столбца ноль, то однозначно определяется нажатая клавиша.

30.6 Сканирование с клавиатуры выполняет контроллер клавиатуры для каждой строки клавиатуры. В его функции входит:

- сканирование матрицы клавиши

- управление индикаторами

- диагностика состояния

- связь с системной платой.

Он же выполняет распознавание клавиши, помещение закрепленного за ней кода в свой выходной регистр, где код клавиши (scan-код) является порядковым номером клавиши.

Каждой клавише присваивается 2 scan-кода: нажатие (меньший) и отжатие (как код нажатие, с предшествующим F0).

Контроллер проверяет четность поступившего байта, трансляцию scan-кода, помещение байта данных в выходной буфер и извещение ЦПУ.

30.7 Определение введенного символа включает не только считывание scan-кода клавиши, но и выяснение были ли нажаты при этом клавиши shift, caps lock и переключатели на клавиатуре. Этим анализом занимается программа обработки прерывания от клавиатуры (int 09h). Эта программа хранится по фиксированному адресу в BIOS. Адрес программы обработки прерывания располагается в словах по адресу 24h и 26h.

Программа работает с двумя областями памяти:

кольцевой буфер ввода, который располагается по адресу от 40h:1Eh до 40h:3Dh, куда помещается ASCII-коды нажатых клавиш;

PSW клавиатуры. Адрес 40h:17h, где фиксируется состояние управляющих клавиш.

30.8 При нажатии любой другой клавиши scan-код по таблице трансляции формируется в ASCII-код и сохраняется в 2 байта. Полученный двухбайтовый код засылается программой в кольцевой буфер ввода из 15 слов, который служит для синхронизации ввода данных с клавиатуры и программы пользователя. Коды символов извлекаются из него в порядке поступления. У кольцевого буфера есть 2 указателя: хвостовой (адрес свободной ячейки) и головной (адрес самого старого еще не востребаванного кода).

Выполняемая программа, желая получить код нажатой клавиши, должна вызвать прерывание int16h (для BIOS) или int21h (для DOS).

30. 1 Обработка прерываний клавиатуры в BIOS и DOS

Программа обработки прерывания от клавиатуры получает код клавиши, после чего должна решить, что он означает, в связи с чем проверяется, не относится ли действие клавиши к регистровому типу или переключателю. Запись текущего состояния ведётся в младших байтах адресов 417h после чего базовая система В/В (BIOS) проверяет специальные комбинации клавиш паузы, и только после этого код нажатой клавиши переводится и осуществляется запись в 2 байта ( SC|ASCII) и сохраняется в BIOS. Пользуясь прерыванием BIOS и DOS можно взять символ из буфера и с ним работать. Входной точкой BIOS обмена данных с клавиш является программа прерывания (тип 16) (Для DOS тип 21).

31.2Mov ah, 8 Int 21

Cmp al, 0

Jnz ___ ; (не расширенный код)

Mov ah, 8

Int 21

Cmp al, 3b ; (F1)

Je m1

Cmp al, 3c ; (F2)

Je m2

Клавиатура подключена к линии прерывания IRQ1. Этой линии соответствует прерывание INT 09h.

Обработчик клавиатурного прерывания, входящий в состав BIOS, выполняет следующие действия:

• читает из порта 60h скан-код нажатой клавиши;

• записывает вычисленное по скан-коду значение ASCII-кода нажатой клавиши в специальный буфер клавиатуры, расположенный в области данных BIOS;

• 31.3 устанавливает в 1 бит 7 порта 61h, разрешая дальнейшую работу клавиатуры;

• возвращ этот бит в исходное состояние;

• записывает в порт 20h значение 20h для правильного завершения обработки аппаратного прерывания.

Обработчик прерывания INT 09h не просто записывает значение ASCII-кода в буфер клавиатуры. Дополнительно отслеживаются нажатия таких комбинаций клавиш, как Ctrl-Alt-Del, обрабатываются специальные клавиши PrtSc и SysReq. При вычислении кода ASCII нажатой клавиши учитывается состояние клавиш Shift и CapsLock.

Буфер клавиатуры имеет длину 32 байта и расположен по адресу 0000h:041Eh для машин IBM PC/XT.

К сожалению, MS-DOS не предоставляет программам каких-либо существенных дополнит возможностей по сравнению с функциями прерывания BIOS INT 16h.

31.4 Поэтому многие программы работают с клавиатурой через BIOS.

Однако, если ваша программа пользуется клавиатурными функциями MS-DOS, то ей доступно средство переназначения ввода операционной системы. Это возможно благодаря тому, что клавиатурные функции MS-DOS являются функциями, работающими со стандартным вводом MS-DOS, а стандартный ввод может быть переназначен.

Кроме того, некоторые клавиатурные функции автоматически посылают введенные символы на устройство стандартного вывода. По умолчанию это дисплей, но устройство стандартного вывода может быть переназначено для вывода в файл, на принтер или другое устройство.

31.5 Вообще говоря, клавиат функции MS-DOS больше всего подходят для тех прогамм, которые ведут с оператором "построчный" диалог. Для таких прог при использ средств переназнач ввода/вывода возможна организ автоматич "пакетного" выполнения, когда все сообщения выводятся в файл, а все данные, которые обычно ввод-ся с клавиат, считыв из заранее подготов файла "ответов".

Некоторые клавиатурные функции MS-DOS отслеживают комбинации клавиш Ctrl-C и Ctrl-Break. Если оператор ввел такую комбинацию клавиш, вызывается прерывание INT 23h, завершающее работу текущей программы. Если ваша программа не должна завершаться при нажатии этих комбинаций клавиш, можно либо создать и подключить собственный обработчик для INT 23h, либо использовать те клавиат функц MS-DOS, которые не выполн проверку указанных выше комбинаций клавиш.

32. 1 Программируемый интервальный таймер. Назначение, принцип работы, байт управления, режимы.

Данная микросхема широко применяется для организации временных задержек, организации службы системного времени и. т. д.

Таймер содержит три независимых канала, соответственно канал 0, канал 1 и канал 2. Внутри каждого канала стоит шестнадцатиразрядный счетчик (с синхронной загрузкой кода), работающий на вычитание. Счетчик можно программным образом настроить на счет в двоичной или двоично-десятичной системе счисления. Любой канал таймера можно запрограммировать на работу в одном из шести режимов, соответственно режим 0, режим 1,…., режим 5.

При программировании канала в его регистр управления (CSR) передается байт управления. Информация на линиях А1 и А0 задает одно из четырех адресуемых устройства внутри таймера.

32.2 CLK - вход синхроимпульсов. На этот вход поступают импульсы, которые считает канал. G – управляющий вход. Если на этом входе единица, счетчик канала считает импульсы, приходящие на CLK, если ноль – не считает. OUT – выход канала. Вид сигнала на этом выходе зависит от режима, на который настроен канал. Выбор микросхемы осуществляется на инверсный вход CS (активным сигналом на вход выбора кристалла). Байт управления выглядит так:

Режим 0

Программная задержка времени. На выходе OUT формируется положительный перепад через время Tвых=Tвх(N+1), где N – коэффициент деления, Tвх – период повторения импульсов на входе CLK.

Временная диаграмма:

CLK:

OUT

32.3

32.4 Режим 1

Генератор одиночного отрицательного импульса заданной длительности. Длительность отрицательного импульса определяется соотношением Tвых=Твх*N

Временная диаграмма:

CLK:

OUT

Режим 2

Генератор последовательности импульсов со скважностью Q=Твых/Твх>2. Частота следования импульсов на выходе счетчика определяется Fвых=Fвх/N.

Временная диаграмма:

CLK:

OUT

32.5 Режим 3

Генератор последовательных импульсов со скважностью Q=2. Частота следования импульсов на выходе счетчика: Fвых=Fвх/N

Временная диаграмма:

CLK:

OUT

Для 2ого и 3его режимов при переходе входа G из 0 в 1 происходит инициализация счета.

Режим 4 и 5

Программно- и аппаратно-управляемый строб импульс с длительностью:

4: Твых=Твх(N+1)

5: Твых=Твх*N

Временная диаграмма:

CLK:

OUT

33. 1Использование PIT для генерации звукового сигнала в компьютере

Использование МС таймера с программируемой длительностью временного интервала T1, подачей звуковых отметок с периодом T2 и сигнализацией с частотой F0 спустя время T1.

T1=15c

частота входного сигнала Fclk=2МГц

частота звуковых отметок F2=1Гц

частота сигнализации F0=100Гц

T2=1/F2=1c.

Необходимо для каждого счетчика вычислить коэффициенты деления и управляющие байты. Формат управляющего байта:

33.2

3. СТ0:

Для формирования на выходе сигнала с F0=100Гц подходят режимы 2 и 3. Выберем режим 3, т.к. в режиме 2 высокая скважность импульса (т.е. длительность самого импульса мала по сравнению с периодом повторения, а это снижает мощность сигнала).

Коэффициент деления N=2МГц/100Гц=20000=4E20h. N>256 и не кратно 256, поэтому загрузка будет осуществляться двумя байтами. Загрузку будем производить в двоичном виде, т.к. число большое. Таким образом:

Байт управления:

00110110 = 36h или 00111110 = 3Eh

33.4 СТ2:

Для формирования на выходе СТ2 сигнала с частотой 1Гц подходят режимы 2 и 3. Выберем режим 2. Модуль счета N2=100Гц/1Гц=100=64h. N2<255. Можно загрузить одним младшим байтом. Будем записывать N2 двоичным кодом.

Байт управления:

10010100 – 94h или 10011100 – 9Ch

СТ1:

Временная задержка на его выходе может быть получена режимами 0 и 1. Выбираем режим 0, т.к. для режима 1 необходим положительный переход на входе G1 (а в режиме 0 достаточно просто 1). Коэффициент деления N1=T1/T2-1=14=Eh. N1<255. Можно загрузить одним младшим байтом. Загружать будем в двоично-десятичном виде.

Байт управления:

01010001 – 51h

33.5 Программа, реализующая нашу задачу при заданном подключении:

1. Подготовка счетчиков таймера к работе в выбранных режимах

mov AL, 51h

out 83h, al

mov al, 94h

out 83h, al

mov al, 36h

out 83h, al

2. Запись в счетчики коэффициентов деления

mov al, 14h

out 81h, al

mov al, 61h

out 82h,al

mov al, 20h

out 80h, al

mov al, 4eh

out 80h,al

33. 1 Системы отображения. Видеодисплей, принцип работы.

Параметры – размер экрана и шаг маски экрана, максимальная частота регенерации изображения, класс защиты. Единица его измерения дюймы, Стандарт 14,15,17,19,20,21. Изображение - результат облучения люминофорного покрытия остронаправленным пучком электронов, разогнанных в вакуумной колбе(электронно-лучевой трубки). Для цвета люминофорное покрытие имеет точки или полоски трех типов, светящиеся красным, зеленым и синим цветом, для того чтобы они сходились вместе ставят маску (панель) с регулярно расположенными отверстиями, для яркости ставят вертикальные проволочки, чем меньше между ними шаг (шаг маски), тем четче изображение. Шаг =0,25-0,27 мм. Частота регенирации (обновления) показывае

34.2 сколько раз в течении секунды можно полностью сменить изображение. Ее измеряют в герцах (Гц) Чем она выше, тем четче изображение. Минимум –60Гц, нормальное – 85 Гц и комфортное 100 Гц и более. Класс защиты – безопасность от электромагнитного излучения, Стандарт ТСО-99 определяющий качество изображения (яркость, контрастность, мерцание, антибликове покрытие).

Наряду с традиционными ЭЛТ-мониторами все шире используются плоские жидкокристаллические (ЖК) мониторы.

Жидкие кристаллы — это особое состояние некоторых органических веществ, в котором они обладают текучестью и свойством образовывать пространственные структуры, подобные кристаллическим. Жидкие кристаллы могут изменять свою структуру и светооптические свойства под действием электрического напряжения.

34.3 Меняя с помощью электрического поля ориентацию групп кристаллов и используя введённые в жидкокристаллический раствор вещества, способные излучать свет под воздействием электрического поля, можно создать высококачественные изображения, передающие более 15 миллионов цветовых оттенков.

Большинство ЖК-мониторов использует тонкую плёнку из жидких кристаллов, помещённую между двумя стеклянными пластинами. Заряды передаются через так называемую пассивную матрицу — сетку невидимых нитей, горизонтальных и вертикальных, создавая в месте пересечения нитей точку изображения (несколько размытого из-за того, что заряды проникают в соседние области жидкости).

34.4

Активные матрицы вместо нитей используют прозрачный экран из транзисторов и обеспечивают яркое, практически не имеющее искажений изображение. Панель при этом разделена на 308160 (642х480) независимых ячеек, каждая из которых состоит из четырех частей (для трёх основных цветов и одна резервная). Таким образом, экран имеет почти 1,25 млн точек, каждая из которых управляется собственным транзистором.

По компактности такие мониторы не знают себе равных. Они занимают в 2 – 3 раза меньше места, чем мониторы с ЭЛТ и во столько же раз легче; потребляют гораздо меньше электроэнергии и не излучают электромагнитных волн, воздействующих на здоровье людей.

34.5 Разновидность монитора — сенсорный экран. Здесь общение с компьютером осуществляется путём прикосновения пальцем к определённому месту чувствительного экрана. Этим выбирается необходимый режим из меню, показанного на экране монитора.

Сенсорными экранами оборудуют рабочие места операторов и диспетчеров, их используют в информационно-справочных системах и т.д.

35. 1 Текстовый и графический режимы работы дисплея

Текстовый режим. Принципы формирования изображения

Существует два основных способа вывода информации из персонального компьютера на экран видеотерминала.

В первом случае компьютер рассматривает экран дисплея в качестве обычного устройства ввода/вывода. При таком подходе компьютер выдает контроллеру дисплея различные команды, включая команды вывода текстовой информации. Например:

ОЧИСТИТЬ ЭКРАН

ВЫСВЕТИТЬ С 15 ПОЗИЦИИ 10 СТРОКИ СЛЕДУЮЩИЙ ТЕКСТ :

"В случае готовности нажмите клавишу "ввод"" ... ПЕРЕМЕСТИТЕ КУРСОР В 43 ПОЗИЦИЮ 10-й СТРОКИ

35.2 Наиболее существенный аспект взаимодействия такого рода состоит в том, что в этом случае дисплей рассматривается просто как и любое другое периферийное устройство. Разумеется, дисплей может выполнять и ряд специфических команд, таких, которые не может выполнять принтер - например, команду "ОЧИСТИТЬ КАДР" - и все же принцип взаимодействия с компьютером остается неизменным. Преимущество описанного подхода состоит в том, что использование команд позволяет рассматривать экраны дисплеев в одном ряду с другими устройствами ввода/вывода. Вследствие этого программное обеспечение поддержки видеодисплеев становится проще и более унифицированным; это позволяет универсальным образом использовать множество различных компьютерных терминалов.

35.3 Недостаток такого подхода в том, что компьютер теряет непосредственную связь с экраном дисплея и оказывается не в состоянии "творить чудеса" на экране.

Второй подход связан с регенерацией изображения на основе образа экрана хранящегося в памяти. В этом случае компьютер и дисплей совместно используют некоторое пространство общей памяти. Электронные схемы дисплея постоянно производят опрос (считывание) памяти и сразу же отображают результаты на экране. При таком подходе компьютерная программа может осуществлять вывод информации на экран путем простого изменения содержимого памяти. Аналогично, считывание информации с экрана дисплея может осуществляться путем обычного считывания содержимого общей памяти.

35.4 Таким образом, экран дисплея представляется фактически областью памяти и выборка/занесение информации из(в) память означает считывание или запись информации с(на) экран дисплея.

Графический режим. Принципы формирования изображения.

Существует два основных способа формирования графических изображений на видеомониторе. Эти способы основываются либо на векторном, либо на растровом (точечном, пиксельном) принципах формирования изображений, именуемых просто векторной или пиксельной графикой. При построении изображений на экране дисплея средствами векторной графики используются только прямые. В этом случае машинная программа специфицирует две крайние точки прямой, а собственно дисплей "проводит" между ними прямую.

35.5 Если взять обычный экран дисплея - будь то телевизионный приемник или компьютерный терминал - то в случае растрового сканирования электронный луч, генерирующий изображение перемещается по стандартному шаблону, образуемому строками развертки, заполняющими весь экран. В случае дисплея, работающего на принципах векторной графики, перемещение электронного луча осуществляется по команде, рисующей заданную прямую между заданными точками. В рамках системы векторного сканирования, перемещение электронного луча осуществляется по заданной в каждом случае траектории, а не по раз и навсегда установленному шаблону. Векторная графика обладает рядом существенных преимуществ - ей присущи высокая четкость, и точность, а также сравнительно высокое быстродействие. Все это делает ее эффективной в сфере инженерной графики, а также при построении особенно сложных или точных графических дисплеев.

35.6 Однако векторно-графические системы используются лишь для вычерчивания прямых (или изображений, которые могут быть представлены в виде совокупности коротких отрезков).В рамках этой системы оказывается невозможным заполнять изображения цветом сложной формы. Это сильно сужает область их возможных применений. В основе растровой или пиксельной графики лежит другой принцип. Экран дисплея здесь разделяется на прямоугольную сетку, состоящую из множества мельчайших элементов изображения, называемых пикселями. Каждый пиксель обладает свойством светимости. Таким образом изображение синтезируется из множества отдельных точек. Размеры пикселей и расстояния между ними тщательно рассчитываются таким образом, чтобы промежутки между ними отсутствовали.

35.7Если группа смежных пикселей находится в возбужденном состоянии (т.е. светится), то они воспринимаются глазом не как совокупность отдельных точек, а как сплошной участок. Если бы точки были достаточно малы, то этот тип дисплея мог бы конкурировать с векторным по части четкости и точности, однако, у большинства растровых дисплеев этот показатель оставляет желать лучшего. В принципе, любая система машинной графики может обеспечить воспроизведение цвета, однако, чаще всего, цвет ассоциируется с растровой графикой. Цвет - это веский аргумент в пользу превосходства систем растровой графики над системами векторной графики в игровой и деловой сферах.

35.8 Способность воспроизводить сплошные, прямо- криволинейные поверхности в цвете делает растровую графику намного предпочтительней векторной (исключение составляют специальные приложения, например, технические чертежи). И последний аспект. В отличие от систем векторной графики, в которых изображение генерируется с помощью последовательности команд (каждая команда рисует одну небольшую прямую), системы растровой графики допускают использование хранимого в памяти образа экрана (эти вопросы мы уже рассматривали применительно к текстовым образам).

36. 1 Видеоконтроллеры. Назначение, основные характеристики. Обмен данными с дисплеем.

Изначально персональные компьютеры IBM PC комплектовались видеоадаптером MDA с монохромным дисплеем. Этот адаптер имел небольшую разрешающую способность, не мог отображать графическую информацию и был монохромным. CGA стал первым цветным видеоадаптером фирмы IBM. Он уже обеспечивал возможность отображать цветную графическую и текстовую информацию, но имел слишком маленькую разрешающую способность. Затем IBM выпустила два, наиболее распространенных в настоящее время видеоадаптера EGA и VGA. Они созданы на другой элементной базе и имеют лучшую, чем у CGA, разрешающую способность при большем числе отображаемых цветов.

35.2 Далее последовали адаптеры различных фирм -- производители видеоадаптеров выпустили большое количество плат, превосходящим по своим возможностям VGA. Эти платы, которые можно объединить под общим названием Super VGA, не имеют пока единого стандарта.

Подсистема создания изображения формирует растровое представление сцены из описания, переданного от компьютера. Это поточечное представление в виде отдельных пикселов заносится видеопамять. Видеопамять непрерывно и независимо от процесса занесения построчно сканируется видеоконтроллер, формирующим сигналы для монитора, выдающего картинку.

35.3 Основные компоненты растрового дисплея

Видеоконтроллер формирует изображение на экране монитора путем его построчного вывода. При этом точно соблюдает время развертки строки, либо соответствующее телевизионным нормам, либо предопределенным параметрам (ширина полосы, частота строк и кадров и т.д.).

Для сокращения полосы пропускания используют т.н. чересстрочную развертку:

35.4 Время, требуемое для вывода картинки на монитор, определяется частотой строк и кадров, а также временами обратного хода строчной и кадровой разверток.

Важнейшим параметром не только для монитора, но и для растровой системы в целом является время, требуемое на обработку одного пикселя.

Назначение видеоконтроллера

· адресация и чтение данных из видеопамяти; форми-ние синхроимпульсов разверток по горизонтали и вертикали, соответств формату изображения. Эти синхроимпульсы используются монитором для форми-ния отклоняющих напряжений;

35.5· управление монитором для задания требуемых цветов и интенсивностей, цифро-аналоговое преобразование.

Блок-схема простого видеоконтроллера имеет вид:

Видеоадаптер — это электронная плата, которая обрабатывает видеоданные (текст и графику) и управляет работой дисплея. Содержит видеопамять, регистры ввода вывода и модуль BIOS. Посылает в дисплей сигналы управления яркостью лучей и сигналы развертки изображения.

37. 1 Печатающ устройства. Подключ, классифик, принцип работы. Контроллер паралльного порта

В зависимости от порядка вывода информации различают:

• Посимвольные печатающие устройства (ПУ) - выводят на носитель последовательно символ за символом.

• Построчные ПУ - выводят за один цикл печати всю строку.

• Постраничные ПУ - выводят за один цикл печати всю страницу.

• Матричные и струйные принтеры являются строчными, а лазерные принтеры - страничными.

По принципу формирования изображеий символов на носителе различают:

• Литерные ПУ - изображение формируется одновременно на всей поверхности символа при единичном воздействии на носитель записи.

• 37.2 Матричные ПУ - изображение символа формируется из отдельных элементов - точек последовательно или последовательно-параллельно (их еще называют знакосинтезирующими).

В качестве носителя записи в ПУ обычно используют бумагу в виде отдельных листов. Как правило, в ПУ рекомендуют использовать вполне определенную марку бумаги, обеспечивающую наилучшее качество (гладкость, белизна, плотность).

По физическому принципу печати различают:

• ПУ ударного действия - изображения получ в резуль удара по носителю записи органом записи - молоточком, стержнем.

• ПУ безударного действия - изображения получают в результате физико-химического или другого воздействия на конечный или промежуточный носитель записи, входящий в состав ПУ.

37.3 Матричные принтеры. При ударном принципе действия изображение на бумаге получают механическим воздействием на бумагу, как правило, через красящую ленту, из которой выдавливается краситель. В настоящее время наибольшее распростр получили ПУ с многоэлементными матричными печатающими головками, каждый печатающий элемент которых при воздействии на носитель записи создает отдельную точку, комбинация которых формирует изображение знака. Разрешающ способность матричных принтеров определяется количеством точек, которые принтер способен вывести на отрезке единичной длины в вертикальном и горизонтальном направлениях. При печати графики изображение выводимой на печать строки матричного принтера хранится в специальной буферной памяти принтера в закодированном виде.

37.4 Каждой точке печатаемой строки соответствует свой бит в памяти, которому схемой управления печатью присваивается 1, если точка должна быть напечатана, и 0, если точка не печатается. В каждом положении печатающей головки удар по красящей ленте наносят только те штырьки, которые находятся в позиции точек, отмеченных в памяти кодом 1.

При печати текста графическое изображение символов хранятся в программно загружаемой памяти генератора знаков печатающего устройства.

Более высокую производительность обеспечивают построчные (постраничные) матричные принтеры. Вместо маленьких точечно-матричных головок они используют длинные массивы с большим количеством игл, при этом достигается скорость печати порядка 1500 строк в минуту.

37.5 Электрографические (лазерные) ПУ. В основе лежит электрофотографический способ регистрации, при котором создают скрытое электронное изображение на промежуточном носителе записи с фотопроводниковым слоем на поверхности, визуализируют это изображение мелкодисперсным красящим порошком-тонером, получая при этом порошковое изображение, которое затем переносят на конечный носитель - бумагу и закрепляют термическим способом. В таких ПУ используют лазерные и светодиодные источники излучения. Струйные ПУ. Струйная технология является на сегодня самой распространенной для реализации цветных устройств. Отличие струйных ПУ заключается в конструкции головки, используемом красконосителе и способе его подачи.

37.6 В большинстве струйных ПУ красящая капля генерируется по запросу, т.е. с поступлением управляющего сигнала из отверстия сопла вылетает только одна капля. Используют многоканальные струйные головки. Для генерации капель в канале с чернилами, сопряженным с выходными отверстиями сопл, возбуждают ударную волну, которая дойдя до отверстия выбрасывает каплю. Струйные чернильные принтеры (Ink Jet) относятся, как правило, к классу последовательных матричных безударных печатающих устройств. 

Принтеры с термопереносом восковой мастики. Принцип работы принтера с термопереносом восковой мастики состоит в том, что термопластичное красящее вещество, нанесенное на тонкую подложку, попадает на бумагу именно в том месте, где нагревательными элементами печатающей головки обеспеч должная температура.

37.7 Поскольку между печатающей головкой и бумагой механический контакт отсутствует, термопринтеры относятся к классу безударных устройств.

Порт принтера (LPT, параллельный порт) — разъём расширения, имеющийся на компьютерах, совместимых с IBM PC.

Является типичным однонаправленным параллельным интерфейсом, содержит характерные для такого интерфейса сигнальные линии (8 для передачи данных, строб, линии состояния устройства). В основном используется для подключения к компьютеру принтера, однако может применяться и для других целей (организация связи между двумя комп-ми, подключ каких-либо механизмов телесигнализации и телеуправления).

Название «LPT» получил от наименования стандартного устройства принтера «LPT1» (line printer terminal) в MS-DOS.

37.8 У параллельного порта существует несколько разновидностей, которые родились в процессе его эволюции:

• SPP (Standart Paralell Port) — разработчик фирма Centronics, однонаправленный порт

• EPP (Enhanced Parallel Port) — разработчики, компании Intel, Xircom и Zenith Data Systems — двунаправленный порт, со скоростью передачи данных до 2Мб/сек, осталась совместимость с SPP.

• ЕСР (Extended Capabilities Port) — разработчики, компании Hewlett-Packard и Microsoft, совместим с SPP, в дополнение появились такие возможности, как наличие аппаратного сжатия данных, наличие буфера и возможность работы в режиме DMA.

37.9 В процессе совершенствования контроллеры параллельного порта приобрели возможность передачи данных с использованием DMA, однако в настоящее время этот интерфейс вытесняется более удобным в применении интерфейсом USB.

Принтер подключается к компьютеру двумя способами: либо через асинхронный адаптер, рассмотренный ранее, либо через порт параллельной передачи данных. Возможно подключение к одному компьютеру сразу нескольких принтеров, причем принтеры могут быть подключены одновременно и к параллельному порту, и к асинхронному последоват-ному адаптеру.

BIOS может работать с тремя параллельными принтерными портами. В процессе тестирования и инициализации системы BIOS находит работоспособные принтерные порты и записывает их базовые адреса в таблицу.

37.10 Таблица адресов располагается в области данных BIOS по адресу 0000:0408h. Возможны следующие значения базовых адресов:

• 378h - принтерный порт LPT1;

• 278h - принтерный порт LPT2;

• 3BCh - принтерный порт на плате адаптера монохромного дисплея.

Принтерные порты могут вырабатывать запросы на прерывание:

• LPT1 - IRQ7, INT 0Fh;

• LPT2 - IRQ5, INT 0Dh.

Каждый принтерный порт (принтерный адаптер) обслуживают несколько портов ввода/вывода. Рассмотрим их назначение.

Для того, чтобы вывести символ на принтер, программа вначале должна убедится, что уровень сигнала на линии BUSY (бит 7 порта 379h) равен 0, а уровень сигнала на линии ACK (бит 6 порта 379h) - единице.

37.11 После этого следует установить код выводимого символа на линиях DATA (порт 378h).

Затем не ранее, чем через 0,5 мкс линию STROBE (бит 0 порта 37Ah) необходимо перевести в состояние логического 0. При этом выводимый символ запишется во внутренний буфер принтера. Уровень логического нуля необходимо удерживать в течение как минимум 0,5 мкс. Это время нужно для того, чтобы символ записался в буфер принтера. После истечения интервала времени линию STROBE нужно опять перевести в состояние логической единицы.

37.12 После того, как программа установит линию STROBE в состояние логического нуля, выходная линия принтера BUSY устаналвивается в единицу, сигнализируя о том, что принтер занять обработкой полученного символа и временно не может принимать другие символы.

Когда принтер полность обработает выведенный символ, линия ACK перейдет в состояние 0. Приблизительно через 5 мкс после этого линия BUSY также перейдет в состояние 0.

Еще через 5 мкс линия ACK примет состояние 1. Теперь принтер готов принят следующий символ распечатываемых данных.

38. 1 МикроЭВМ, персональные ЭВМ.

Персональная Эвм - (персональный компьютер) , микро-ЭВМ индивидуального пользования. Различают профессиональные и бытовые персональные ЭВМ. Профессиональные персональные ЭВМ по функциональным возможностям и математическому обеспечению идентичны ЭВМ общего назначения средней производит-сти. Использ преимущественно как автоматизированные рабочие места. Бытовые персональные ЭВМ (БК) ориентированы на решение задач неспециалистами в области вычислит техники; математическое обеспечение БК включает в себя средства обучения (в т.ч. самообучения) пользователя; вместо дисплея обычно используется телевизор, в качестве внешней памяти - магнитофон. Области наиболее массовых применений БК - образование и компьютерные игры.

38.2 При переходе от схем с малой и средней степенями интеграции к интегральным микросхемам с большой и сверхбольшой степенями интеграции оказалось возможным создание на одной БИС или СБИС функционально законченного устройства обработки информации, выполняющего функции процессора. Такое устройство принято называть микропроцессором. Изобретение микропроцессора привело к появлению еще одного класса ЭВМ — микро-ЭВМ. Определяющим признаком микро-ЭВМ является наличие одного или нескольких микропроцессоров. Создание микропроцессора не только изменило центральную часть ЭВМ, но и привело к необходимости разработки малогабаритных устройств ее периферийной части.

38.3 Микро-ЭВМ, благодаря малым размерам, высокой производительности, повышенной надежности и небольшой стоимости нашли широкое pacnpocтpaнение во всех сферах народного хозяйства и оборонного комплекса. С появлением микропроцессоров и микро-ЭВМ становится возможным создание так называемых интеллектуальных терминалов, выполняющих сложные процедуры предварительной обработки информации. 

Успехи в развитии микропроцессоров и микро-ЭВМ привели к появлению персональных ЭВМ (ПЭВМ), предназначенных для индивидуального обслуживания пользователя и ориентированных на решение различных задач неспециалистами в области вычислительной техники. Все оборудование персональной ЭВМ размещается в пределах стола. 

39. 1 Новая идеология архитектуры персональных компьютеров: проблемы, направления, новейшая технология обработки сигналов.

Среди других факторов, способствующих этому процессу, следует выделить:

Применение ПК стало более разнообразным. Помимо обычных для этого класса систем текстовых процессоров, даже средний пользователь ПК может теперь работать сразу с несколькими прикладными пакетами, включая электронные таблицы, базы данных и высококачественную графику.

Адаптация графических пользовательских интерфейсов существенно увеличила требования пользователей ПК к соотнош производительность/ стоимость. И хотя оболочка MS Windows может работать на моделях ПК 386SX с 2 Мбайтами оперативной памяти, реальные пользоват

39.2 хотели бы использовать все преимущества подобных систем, включая возможность комбинирования и эффективного использования различных пакетов.

Широкое распространение систем мультимедиа прямо зависит от возможности использования высокопроизводительных ПК и рабочих станций с адекватными аудио и графическими средствами, и объемами оперативной и внешней памяти.

Слишком высокая стоимость мэйнфреймов и даже систем среднего класса помогла сместить многие разработки в область распределенных систем и систем клиент-сервер, которые многим представляются вполне оправданной по экономическим соображениям альтернативой. Эти системы прямо базируются на высоконадежных и мощных рабочих станциях и серверах.

39.3 В начале представлялось, что необходимость сосредоточения высокой мощности на каждом рабочем месте приведет к переходу многих потребителей ПК на UNIX-станции. Это определялось частично тем, что RISC-процессоры, использовавшиеся в рабочих станциях на базе UNIX, были намного более производительными по сравнению с CISC-процессорами, применявшимися в ПК, а частично мощностью системы UNIX по сравнению с MS-DOS и даже OS/2.

Производители рабочих станций быстро отреагировали на потребность в низко стоимостных моделях для рынка коммерческих приложений. Потребность в высокой мощности на рабочем столе, объединенная с желанием поставщиков UNIX-систем продавать как можно больше своих изделий, привела такие компании как “Sun Microsystems” и “Hewlett Packard” на

39.4 рынок рабочих станций для коммерческих приложений. И хотя значительная часть систем этих фирм все еще ориентирована на технические приложения, наблюдается беспрецедентный рост продаж продукции этих компаний для работы с коммерческими приложениями, требующими все большей и большей мощности для реализации сложных, сетевых прикладных систем, включая системы мультимедиа.

Это привело к временному отступлению производителей ПК на базе микропроцессоров Intel. Острая конкуренция со стороны производителей UNIX-систем и потребности в повышении производительности огромной уже инсталлированной базы ПК, заставили компанию Intel форсировать разработку высокопроизводительных процессоров семейства и Pentium.

39.5 Процессоры и Pentium, при разработке которого были использованы многие подходы, применявшиеся ранее только в RISC-процессорах, а также использование других технологических усовершенствований, таких как архитектура локальной шины, позволили снабдить ПК достаточной мощностью, чтобы составить конкуренцию рабочим станциям во многих направлениях рынка коммерческих приложений. Правда, для многих других приложений, в частности, в области сложного графического моделирования, ПК все еще сильно отстают

40. Стандарты на средства ВТ

40. 1 Контроллеры фирмы Siemens. Обзор систем, их особенности.

Компактные микро SPS, S7-200:

• низкая стоимость

• «микро-PLC» с интегрированными функциями

• возможность расширения до 7 модулей

Модульное управление S7-300:

• широкий спектр CPU

• широкий спектр модулей

• возможность установки до 32 модулей

• CPU в различных классах мощности

• встроенная шина на обратной стороне модулей

• через многоточечный интерфейс, PROFIBUS и промышленную сетьможет объединяться в сеть

• центральное присоединение PG с доступом ко всем модулям

• 41.2 отсутствуют определенные правила установки; конфигурирование и установка параметров с помощью HWKonfig

Универсальная система S7-400

• высокоскоростные CPU (80нс)

многопроцессорность

Важнейшие элементы CPU:

Переключатель режимов работы

Ручная установка режима CPU

MRES = общий сброс CPU

STOP = режим STOP; программа не выполняется, даже если CPU в on-line

RUN-P = режим RUN; CPU обрабатывает программу

RUN = программа работает; корректировка невозможна

Индикаторы состояния (светодиоды)

SF = общая неисправность, внутренняя ошибка CPU или самодиагностирующегося модуля BAF = неисправность батареи (разряжена или отсутствует)

41.3 DC5V = показывает питающее напряжение 5V

FRCE = принудительное управление; указывает, что по крайней мере 1 вход иди выход принудительно управляется (в стадии подготовки)

RUN = режим RUN; мигает при запуске CPU, постоянно светится в режиме RUN

STOP = режим STOP; мигает, если необходим сброс, светится постоянно в режиме STOP

Место установки модуля памяти

Здесь может быть установлен модуль памяти (Memory Card). Модуль памяти сохраняет содержимое программы при потери напряжения, даже без батареи.

Место установки батареи

Место установки литиевой батареи находится под крышкой; при исчезновении напряжения содержимое RAM памяти сохраняется

42. 1 Контроллеры фирмы Siemens. Компоновка системы. Функцион модули.

Важнейшие элементы CPU:

Переключатель режимов работы

Ручная установка режима CPU

MRES = общий сброс CPU

STOP = режим STOP; программа не выполняется, даже если CPU в on-line

RUN-P = режим RUN; CPU обрабат прог-у

RUN = программа работает; корректировка невозможна

Индикаторы состояния (светодиоды)

SF = общая неисправность, внутренняя ошибка CPU или самодиагностирующегося модуля

BAF = неисправность батареи (разряжена или отсутствует)

DC5V = показывает питающ напряж 5V

FRCE = принудительное управление; указывает, что по крайней мере 1 вход иди выход принудит управ (в стадии подготовк)

42.2 RUN = режим RUN; мигает при запуске CPU, постоянно светится в режиме RUN

STOP = режим STOP; мигает, если необходим сброс, светится постоянно в режиме STOP

Место установки модуля памяти

Здесь может быть установлен модуль памяти (Memory Card). Модуль памяти сохраняет содержимое программы при потери напряжения, даже без батареи.

Место установки батареи

Место установки литиевой батареи находится под крышкой; при исчезновении напряжения содержимое RAM памяти сохраняется

MPI-интерфейс

Под крышкой находится 9-штырьковый разъем программируемого интерфейса. Здесь подключается программатор.

42.3 S7-300, компоненты:

Модули ввода/вывода

Воспринимают сигналы и согласуют их с различными уровнями сигнала модулей S7-300. Принадлежности: соединитель для шины и фронтальный штекер

- цифровые входы и выходы

-аналоговые входы и выходы

Интерфейсные модули

Интерфейсные модули позволяют создавать многорядные конфигурации. С их помощью шина продолжается между рядами

-IM360 вставляется в центральный носитель модулей CR (Central Rack)

-IM361 включается в носитель модулей расширения ER (Extension RACK)

-IM365 удешевленный вариант для двухрядной конструкции, в которой второй ряд состоит только из модулей ввода/вывода

42.4 Интеллектуальные (функционал-ые) модули

Предлагает «специальные функции»:

-счет

-позиционирование

-регулирование

Коммуникационные модули

Позволяют реализовывать следующие варианты связи:

-связь точка к точке

-PROFIBUS

-промышленная сеть

42. 1Контроллеры фирмы Siemens. Структура программы. Блоки.

Блоки в программе пользователя

Программное обеспечение STEP 7 дает вам возможность структурировать свою пользовательскую программу, иными словами, разбивать программу на отдельные автономные программные секции. Это дает следующие преимущества:

1. Такие программы проще для понимания.

2. Отдельные программные секции могут быть стандартизованы.

3. Упрощается организация программы.

4. Легче производить модификацию программы.

5. Отладка упрощается, так как можно тестировать отдельные секции.

6. Значительно упрощается прием системы в эксплуатацию.

43.2 Пример промышленного процесса смешивания иллюстрировал преимущества разбиения процесса автоматизации на отдельные задачи. Программные секции структурированной программы пользователя соответствуют этим отдельным задачам и известны как блоки программы.

Организационные блоки и структура программы

Организационные блоки (ОБ) образуют интерфейс между операционной системой и программой пользователя. Они вызываются операционной системой и управляют циклическим и по прерываниям исполнением программы, а также запуском программируемого логического контроллера. Они также обрабатывают реакцию на ошибки. Программируя организационные блоки, вы определяете реакцию CPU.

43.3 Приоритет организационного блока

Организационные блоки определяют порядок, в котором исполняются отдельные программные секции. Исполнение ОБ может быть прервано вызовом другого ОБ. Какому ОБ разрешается прервать другой ОБ, зависит от его приоритета. ОБ с более высоким приоритетом могут прерывать ОБ с более низким приоритетом. Фоновый ОБ имеет самый низкий приоритет.

Типы прерываний и классы приоритета

События, которые приводят к вызову ОБ, известны как прерывания.

44. Контроллеры фирмы Siemens.Выполнение программы. Адресация цифровых и аналоговых модулей.

45. 1 Контроллеры фирмы Siemens. Логические операции. Понятие VKE.

Битовые операторы работают с двоичными числами 1 и 0. Они интерпретируют состояния сигналов и комбинируют их согласно логике Буля. Результат этого комбинирования (1 или 0) называется «результатом логической операции» или VKE. Некоторые битовые операторы:

Опрос на «1» Контролирует состояние сигнала по некоторому адресу.

Если состояние сигнала=1, VKE=1

Если состояние сигнала=0, VKE=0

Опрос на «0» Контролирует состояние сигнала по некоторому адресу.

Если состояние сигнала=1, VKE=0

Если состояние сигнала=0, VKE=1

Выход Если VKE=1, на выход подается напряжение, соответствующее «1»

45.2 Промежуточная метка Вспомогательные элемент, сохраняющий VKE

Выход установить Состояние сигнала на выходе 1, если VKE=1

Выход сбросить Состояние сигнала на выходе 0, если VKE=1

Триггер с приоритетом сброса Комбинация установки/сброса. Если S=1 и R=0, то выход =1. Если S=0 или 1 и R=1, то выход=0

Триггер с приоритетом установки Комбинация сброса/установки. Если S=1 и R=0, то выход=0. Если S=1, а R=1 или 0, то выход=0

NOT Инвертирует VKE

SAVE Сохраняет VKE в слове состояния

45.3

46. 1Контроллеры фирмы Siemens. Изменение фронта сигнала. Таймеры и счетчики.

В программах часто необходимы операции анализа фронтов, а именно в тех случаях, когда при первом включении или выключении входа один раз должна быть обработана часть программы.

Нарастающий фронт сигнала.

Если вход E1.0 первый раз поменяет состояние с «0» на «1», то оператор FP распознает положительный фронт импульса и установит VKE=1 точно на время одного цикла. На выходе A8.0 появится импульс. У оператора FP указывается так называемый меркер фронта, в котором запоминается состояние VKE для того, чтобы в следующем цикле можно было распознать изменение сигнала.

46.2 Падающий фронт сигнала.

При падающем фронте выдается импульс, если VKE меняется в первый раз с «1» на «0». Для этого в AWL имеет оператор FN.

Таймеры.

Для таймеров в памяти CPU отводится специальная область (по одному 16битному слову на каждый из 256 таймеров). Время задается от 10мс до 9990с (2ч 46мин 30с)

Таймер с задержкой включения (S_ODT)

Если состояние входа S меняется с 0 на 1, таймер запускается. Если состояние входа S изменится на 0, прежде чем таймер отработает, он останавливается. Если таймер отработал всю установку, на выходе Q будет 1 только в том случае, если вход S=1. Если R меняется с 0 на 1, таймер сбрасывается.

46.3 Таймер с задержкой отключения (S_OFFDT)

Если S меняется с 1 на 0, таймер запускается и работает (Q=1). Если S меняется на 1, прежде чем таймер отработает, он сбрасывается. Если R меняется с 0 на 1, таймер сбрасывается.

Задержка включения с запоминанием (S_ODTS)

Если S меняется с 0 на 1, то Q=1, даже если S поменяет состояние на 0 до того, как таймер отработает. Если таймер отработал, то Q=1 независимо от состояния S. Если R меняет состояние с 0 на 1, таймер сбрасывается. Таймер запустится снова, если S поменяет состояние с 1 на 0 и снова на 1, прежде, чем таймер отработает.

46.4 Импульсный таймер (S_PULSE)

Таймер запускается, если S меняется с 0 на 1 и работает в течение заданного времени TW. Таймер останавливается, если S меняется с 1 на 0 до завершения счета времени. Если R меняется с 0 на 1, таймер сбрасывается.

Таймер в режиме удлиненного импульса (S_PEXT)

Таймер запускается, если S меняет своё состояние с 0 на 1 и продолжает работать, даже если S поменяется на 0 до завершения времени. Если R меняется с 0 на 1, таймер сбрасывается.

Счетчики.

Для счетчиков в памяти CPU отводится специальная область (по одному 16битному слову на каждый из 256 счетчиков). Макс значение счета составляет 999.

Счетчик прямого счета (S_CU)

Когда S меняется с 0 на 1, в ZW

46.5 устанавливается предварительное значение счетчика. Если вход ZV меняется с 0 на 1, счетчик считает вперед, начиная с 0. Выход Q = 1, если DUAL не равно 0. При изменении R с 0 на 1, счетчик обнуляется.

Счетчик обратного счета. (S_CD)

Когда вход S меняется с 0 на 1, в ZW устанавливается предварительное значение счетчика. Если вход ZR меняется с 0 на 1, счетчик считает назад. Выход Q = 1, если DUAL не равно 0. При изменении R с 0 на 1, счетчик обнуляется.

Реверсивный счетчик. (S_CUD)

Когда вход S меняется с 0 на 1, в ZW устанавливается предварительное значение счетчика. Если вход ZV меняется с 0 на 1, счетчик считает вперед. Если вход ZR меняется с 0 на 1, счетчик считает назад. Выход Q = 1, если DUAL не равно 0. При изменении R с 0 на 1, счетчик обнуляется.

47. 1 Контроллеры фирмы Siemens. Преобразование типов. Загрузка и пересылка. Поразрядные логические операции.

Система команд S7-300/400 поддерживает большое количество возможностей преобразования. Каждая команда имеет следующий формат:

EN= деблокировать вход. Если EN=1, то преобразование производится.

ENO=деблокировать выход. ENO=EN, за исключением случая выхода за диапазон в команде ROUND (тогда ENO=0).

IN=значение на входе. Это слово записывается в оператор преобразования, если условия на входе EN выполняются.

OUT=значение на выходе. Это слово является результатом преобразования.

Оператор (LAD/STL) – Описание

BCD_I/BTI – формат BCD в формат целых чисел

47.2 I_BCD/ITB – 16битное целое число в BCD-число

DI_BCD/DTB – двойное целое число (32битное) в BCD число

BCD_DI/BTD – BCD число в двойное целое

REAL_DI/RTD – вещественное 32-юитное с плавающей точкой в двойное целое

DI_REAL/DTR – двойное целое в веществ

I_DI/ITD – целое в двойное целое

ROUND/RND – вещественное в двойное целое и округляет в большую сторону

TRUNC/TRUNC – вещественное в двойное целое и округляет в меньшую сторону

RND+ - реальное число в двойное целое и округляет в большую сторону

RND- - реальное число в двойное целое и округляет в меньшую сторону

Загрузка и пересылка осуществляется с помощью оператора MOVE.

EN= деблокировать вход. Если EN=1, то преобразование производится.

47.3

ENO=деблокировать выход. ENO=EN.

IN=откуда переслать.

OUT=куда переслать

Поразрядные логические операции:

47.4

48. 1 Контроллеры фирмы Siemens. Обработка аналогового слова. Процесс составления программ.

Составление спецификаций – Для каждого технолог устройства составляется описание с инф о вх/вых, описан ф, прав доступ и т.д.

Проектирование схем защиты – Определение, какие устройства требуют аппаратных схем защиты (схемы, функционирующие независимо от SPS).

Описание интерфейсов оператора – установл функциональных спецификаций, физических характеристик и характеристик интерфейсов для устройств.

Выбор конфигурации SPS – изготовление конструкционного чертежа для аппаратуры SPS, необход для выпол задач процесса.

Составл перечня сигналов – определение и документация символьных обозначений для физических сигналов входов/выходов и других встречающ в программе элементов.

48.2 Выбор структуры программы – проверка полноты задачи по составлению программного обеспечения и определение, может ли программа состоять из одного блока (линейная), из нескольких независимых блоков (составная) или нескольких взаимосвязанных разделов (структурная).

Разработка проекта программного обеспечения – черновой вариант плана ПО.

Выбор языка программирования – выбор языка, наиболее подходящего для процесса и среды разработки.

Разделение процесса – разделение процесса на независимые или эшелонированные разделы.

Написание и тестирование программы – Программа пишется и тестируется по частям для упрощения поиска и исправления ошибок и проверки надежности функционирования.

49. 1 Контроллеры фирмы Siemens. Хранение данных, блоки данных, типы данных.

Тип данных

Тип данных определяет, как значение переменной или константы должно применяться в программе пользователя.

В SIMATIC STEP 7 пользователю предоставляются в распоряжение два вида типов данных (IEC 1131-3):

элементарные типы данных

составные типы данных

Тип данных, составной

Составные типы данных создаются пользователем с помощью описания типа. Они не имеют собственного имени и поэтому не могут применяться повторно. Они могут быть массивами или структурами. Сюда же относятся типы данных STRING и DATE_AND_TIME.

49.2 Тип данных, элементарный

В соответствии с IEC 1131–3 элементарные типы данных - это предопределенные типы данных.

Примеры:

тип данных «BOOL» определяет двоичную переменную («бит»)

тип данных «INT» определяет 16-битовую переменную с фиксированной точкой.

Типы данных пользователя (UDT)

Типы данных пользователя – это специальные структуры данных, которые вы можете создавать сами и, после их определения, использовать их во всей программе. Они могут использоваться подобно элементарным или составным типам данных в описании переменных логических блоков (FC, FB, OB) или в качестве шаблонов для создания блоков данных с такой же структурой данных.

49.3 Блок данных (DB)

Блоки данных (DB) - это области данных в программе пользователя, содержащие данные пользователя. Имеются глобальные (совместно используемые) блоки данных, к которым могут обращаться любые логические блоки, и экземплярные блоки данных, связанные с определенным вызовом функционального блока (FB). В отличие других блоков, блоки данных не содержат команд.

Данные, статические

Статические данные - это локальные данные функционального блока, которые хранятся в экземплярном блоке данных и поэтому остаются незатронутыми до следующей обработки функционального блока.

50. Контроллеры фирмы Siemens. Доступ к элементам данных. Тестирование программ.

50. 1 Многомашинные комплексы.

Многомашинный вычислительный комплекс - это комплекс, включающий в себя две или более ЭВМ, каждая из которых имеет процессор, ОЗУ, набор периферийных устройств и работает под управлением собственной ОС. Цель создания многомашинного комплекса является или повышение производительности и увеличение надежности. По характеру связей между ЭВМ можно выделить 3 типа комплексов

1. слабосвязанные. В слабосвязанных комплексах, ЭВМ связаны друг с другом только через внешние ЗУ. Обмен информацией осуществляется в основном по принципу почтового ящика, то есть каждая из ЭВМ помещает в общую память информацию и другая ЭВМ принимает эту информацию, исходя из своих потребностей.

2. 51.2 прямосвязанные, существует 3 вида связи: общее оперативное ЗУ; прямое управление; адаптер канал – канал

Связь через ООЗУ гораздо сильнее через ВЗУ, хотя такая связь тоже носит характер информационной связи, и обмен информацией осуществляется по принципу почтового ящика.

Непосредственная связь между процессорами может быть не только оперативной, но и командной, то есть по каналу прямого управления один процессор может непосредственно управлять другим процессором.

Способ связи АКК заключается в том, что связываются между собой каналы двух ЭВМ с помощью специального устройства - адаптера. Адаптер обеспечивает достаточно быстрый обмен информацией между ЭВМ, при этом обмен производится большими массивами информации.

51.3 3. сателлитные

О сновная ЭВМ является высокопроизводительной машиной, предназначенной для основной обработки информации. Вторая, существенно меньшая по производительности - называется

51.4 сателлитной или вспомогательной ЭВМ. Ее назначение - это организация обмена данными основной ЭВМ с периферийными устройствами и удаленными объектами

1. Место и роль ВТ. Состояние и перспективы развития. Принципы развития ВТ (МММ). Обобщенная структурная схема ВТ.

2. Классификация ЭВМ. Основные устройства ЭВМ и их назначение.

3. Формы представления чисел в ЭВМ (целое и вещественное). Системы счисления, перевод чисел из одной СС в другую.

4. Классиф и основные параметры ЗУ.

5. Организация памяти: адресная, стековая, ассоциативная. Оперативная память на полупроводниковых элементах. Управление памятью.

6. Полупроводниковая ОП. Элемент памяти. Организация ОП в персональных компьютерах. Типичный модуль памяти.

7. Статические и динамические ЗУ. Назначение, принцип действия, основные характ. Стандартное распределение ОП.

8. ПЗУ. Назначение, принцип действия, основные характеристики.

9. ВЗУ. Принцип магнитной записи, способы записи.

10. Накопитель на магнитном диске. Организация, характеристики, логическая модель диска, формат дорожки и сектора.

11. Жесткий диск. Характеристики, его форматирование, конфигурирование. Интерфейсы накопителей.

12. Общие сведения об обработке информации в ЭВМ. Системные и локальные шины.

13. Назначение и структура простейшего процессора. Схема алгоритма выполнения команд.

14. Архитектура МП 1801. Распределение адресов, логическая структура, система команд.

15. Архитектура МП INTEL 8086. Логическая структура, система команд.

16. Архитектура МП Intel 80486, Pentium. Логическая структура, система команд. Суперскалярная архитектура.

17. Режимы адресации ПК IBM PC

18. Структуры микроЭВМ

19. Организация ввода-вывода информации – программный, по прерыванию, прямого доступа к памяти. Интерфейсы ЭВМ.

20. Программируемый периферийный интерфейс. Назначение, формат байта управления, адресация, подключение к нему устройств.

21. Организация прерываний при обмене данными с ВУ

22. Классы и виды прерываний ПК. Программируемый контроллер прерываний. Назначение, структура, принцип работы.

23. Использование BIOS для ввода-вывода информации в ПК.

24. ПДП. Необходимость и способы реализации ПДП. Контроллер ПДП.

25. Контроллер ПДП с блокировкой МП. Вывод данного в блоковой передаче.

26. Контроллер НГМД. Назначение, принцип действия.

27. Контроллер памяти i8203. Подключение БИС памяти к системному интерфейсу.

28. Универсальный приемо-передатчик. Назначение, формат инструкции режима, команда управления, байт состояния.

29. Последовательный интерфейс RS232. Функции сигналов и основные линии.

30. Устройство ввода – клавиатура. Назначение, принцип действия.

31. Обработка прерываний клавиатуры в BIOS и DOS

32. Программируемый интервальный таймер. Назначение, принцип работы, байт управления, режимы.

33. Использование PIT для генерации звукового сигнала в компьютере

34. Системы отображения. Видеодисплей, принцип работы.

35. Текстовый и графический режимы работы дисплея. Текстовый режим. Принципы формирования изображения

36. Видеоконтроллеры. Назначение, основные характеристики. Обмен данными с дисплеем.

37. Печатающие устройства. Подключение, классификация, принцип работы. Контроллер параллельного порта

38. МикроЭВМ, персональные ЭВМ.

39. Новая идеология архитектуры персональных компьютеров: проблемы, направления, новейшая технология обработки сигналов.

40. Стандарты на средства ВТ

41. Контроллеры фирмы Siemens. Обзор систем, их особенности.

42. Контроллеры фирмы Siemens. Компоновка системы. Функциональные модули.

43. Контроллеры фирмы Siemens. Структура программы. Блоки. Блоки в программе пользователя

44. Контроллеры фирмы Siemens. Выполнение программы. Адресация цифровых и аналоговых модулей.

45. Контроллеры фирмы Siemens. Логические операции. Понятие VKE.

46. Контроллеры фирмы Siemens. Изменение фронта сигнала. Таймеры и счетчики.

47. Контроллеры фирмы Siemens. Преобразование типов. Загрузка и пересылка. Поразрядные логические операции.

48. Контроллеры фирмы Siemens. Обработка аналогового слова. Процесс составления программ.

49. Контроллеры фирмы Siemens. Хранение данных, блоки данных, типы данных.

50. Контроллеры фирмы Siemens. Доступ к элементам данных. Тестирование программ.

51. Многомашинные комплексы.