Организация ЭВМ / (4)организация аппаратных средств в ЭВМ. Организация прерываний

Организация аппаратных средств в ЭВМ.

В зависимости от способа связи устройств различают:

1) ЭВМ с непосредственной связью

ОП

ВУ1

ЦП

ВУ2

Каждое устройство связано со всеми другими

мультиплексный канал1

селекторный канал2

мультиплексный канал3

2) ЭВМ с канальной связью

ЦП

ОП

К мультиплексному каналу можно подключить несколько устройств, а к селекторному – одно. Все контроллеры подключены к каналам

Канал – специализированный процессор, который работает по собственной программе и обеспечивает управление над внешними устройствами.

Мультиплексный канал – обеспечивает работу нескольких внешних устройств и работает медленнее, чем селекторный.

Центральным элементом является ОЗУ. Она хранит программу ЦП и каждого из каналов. Каналы (сопроцессоры ввода/вывода) работают параллельно с ЦП по своей программе. Используется в машинах 3-го, 4-го поколения связей много и большое количество сопроцессоров замедляет их интегральное использование.

3) Шинная организация ЭВМ.

ВУ1

ВУ2

ВУ3

ВУ4

К1

К2

ОП

ЦП

Ш ина ввода/вывода

ВУ

ВУ

Контроллер ПДП

ШДП

ПДП – прямой доступ к памяти

ЦП является основным звеном; используются различные адресные пространства для обращения к памяти и устройствам ввода/вывода. Шина ПДП используется для связей ВУ и памяти без участия ЦП. Все управление возглавлялось контроллером ПДП.

4) Организация с общей шиной (Unibus).

Общая шина

ЦП		А Р Б И Т Р

ОП		К1			МЛТП
		ВУ		К1	К2	К3

Единая система шин как с ОП так и с ВУ.

В процессе, для управления шиной, применяется арбитр – аппаратная система приоритетов, разрешающая конфликты при одновременном обращении к общей шине.

Используется единое адресное пространство для памяти и ВУ, и возможность участия содержимого регистра ВУ в любой команде обработки данных.

Узким местом организации базы явилось шина, которая снижает производительность всей системы.

В чистом виде Unibus с конца 70-х не используется.

5) Типовая структура ЭВМ на современном уровне.

Основные характеристики процессора:

1. Система команд процессора – набор поддерживаемых данным процессором команд, который обуславливает программную совместимость разных процессоров. В настоящее время существует 2-е основных группы системы команд:

а) CISC – архитектура (КПНК) – расширенный (полный) набор команд.

б) RISC – архитектура (КСНК) – сокращенный набор команд (специализированные компьютеры)

2) Способы адресации – процессор должен понимать, где находятся операнды.

3) Разрядность: а) регистров

б) шин

4) Наличие конвейера – одновременно можно выполнить несколько команд. Конвейеров может быть несколько

5) Наличие Кэш (Cach) памяти

6) Поддержка регистров работы:

а) однопрограммный режим

б) многопрограммный

в) режим виртуальной машины

Кэш память – это память небольшой емкости, но большой скорости; недоступна для пользователя, а предназначена для нужд процессора.

В Кэш памяти хранятся данные и команды, которые процессор получил, и будет использовать в ближайшие такты работы, а также данные, считанные из ОП с некоторым опережением.

Все процессоры после i486 имеют обязательную встроенную Кэш память 1-го уровня (L1); благодаря ей и обусловлена высокая производительность компьютеров Pentium.

Начиная с i586, во всех процессорах может использоваться Кэш память 2-го уровня (L2), размещаемая на материнской плате.

Кэш память различают 2-х видов:

1. с обратной записью – результаты операций, прежде чем их записать в ОП, фиксируются в Кэш памяти, а затем контроллер Кэш памяти самостоятельно передает их в ОП.

2. со сквозной записью – результаты параллельно записываются и в ОП и в Кэш память.

ШУ

ЦП

ША

ОП

ППД

ПЗУ

АДП

ПЗУ

АДП

ВУ

КПДП

ШД

Кроме ЦП в состав современных ЭВМ входит несколько сопроцессоров:

NRP – математический

APR – аналоговый

DSP – цифровой обработчик сигнала

MMXP – для работы с мультимедиа

Процессор	Разрядность			Объем памяти
	регистров	шины данных	шины адреса
Intel 80 (86/88)	16	16	20	220= до 1 МБ
Intel 286	16	16	24	224=до 16 МБ
Intel 386	32	16	24	224=до 16 МБ
Intel 486	32	32	32	232=до 4 ГБ
Pentium	32	64	32	232=до 4 ГБ
Pentium2	32	64	36	236=до 64 ГБ

Разрядность регистров и шины данных влияет на длину обрабатываемых данных. Разрядность шины адреса определяет максимальный объем памяти, который способен поддерживать процессор. Эту характеристику часто называют величиной адресного пространства (вычисляется: 2ⁿ)

Организация прерываний в процессоре i86.

В большинстве ЭВМ есть 2-а вида прерываний:

1) программное – требует участия процессора для прерывания

2) аппаратное – требует работы контроллера и может произойти на любом этапе работы с командой, тогда как программный обработчик прерываний должен дать закончить программу.

Прерывание – механизм асинхронного взаимодействия процессов, одновременно выполняемых в вычислительной системе (и еще один способ вызова подпрограмм).

Весь программный интерфейс с ОС основывается на прерываниях. При получении сигналов прерывания, процессор завершает текущий рабочий цикл, сохраняет свое положение в текущем процессе, и начинает выполнять программу – обработчик прерываний, помещенный в заранее определенное место в основной программе.

Прерывания:

Программные: Аппаратные:

1) Программы исключения: 1) От внешних устройств

а) ошибки (обслуживаются в зависи -

б) ловушки мости от приоритета

в) остановки контроллером пре -

2) Прерывания ВУ рываний МС 8259).

Исключения возникают при выполнении некой команды в процессоре. Ошибка появляется до выполнения команды (если команды не существует, или происходит обращение к некоторой привилегированной функции или основных данных, адрес возврата в таком случае указывает на ошибочную команду).

Ловушка – прерывание, возникающее после выполнения программы (для организации пошагового выполнения команд, адрес возврата указывает на следующую команду).

Остановка – ситуация с неопределенным результатом; возврат вообще может не происходить (адрес возврата не формируется).

К программным средствам системы прерываний относятся:

1) таблица векторов прерываний (в которой в определенном формате содержатся указатели на процедуру обработки соответствующих прерываний (всего 256 векторов)).

2) 2-а флага (IF, TF) в регистре флага (1-если прерывания разрешены)

3) машинные команды INT, IRET, SLI (IF=0), SIT (IF=1).

К аппаратным средствам системы прерываний относятся:

1) выводы МП: INTR – вывод для выходного сигнала внешнего прерывания;

INTA – для выходного сигнала подтверждение сигнального прерывания;

NMI – вывод МП для входного сигнала немаскированного прерывания;

Маскирование прерывания – запрет отдельных или всех прерываний, которое делается при работе с критическими частями программы или для маскирования долгообслуживаемых прерываний (жесткие диски, гибкие диски).

2) Микросхема 8259 – предназначена для фиксирования сигнала прерывания различных внешних устройств.

3) Внешние устройства