Взаимодействие с периферийными устройствами
Периферийные устройства предназначены для ввода и вывода информации. Каждое устройство обычно имеет в своем составе специализированный компьютер, называемый контроллером или адаптером. Когда контроллер вставляется в разъем на материнской плате, он подключается к шине и получает уникальный номер (адрес). После этого контроллер осуществляет наблюдение за сигналами, идущими по шине, и отвечает на сигналы, адресованные ему.
Любая операция ввода-вывода предполагает диалог между ЦП и контроллером устройства. Когда процессору встречается команда, связанная с вводом-выводом, входящая в состав какой-либо программы, он выполняет ее, посылая сигналы контроллеру устройства. Это так называемый программируемый ввод-вывод.
В свою очередь, любые изменения с внешними устройствами имеют следствием передачу сигнала от устройства к ЦП. С точки зрения ЦП это является асинхронным событием и требует его реакции. Для того чтобы обнаружить такое событие, между машинными циклами процессор опрашивает специальный регистр, содержащий информацию о типе устройства, сгенерировавшего сигнал. Если сигнал имеет место, то ЦП выполняет специфичную для данного устройства программу, задача которой – отреагировать на это событие надлежащим образом (например, занести символ, введенный с клавиатуры, в специальный буфер). Такая программа называется программой обработки прерывания, а само событие прерыванием, поскольку оно нарушает плановую работу процессора. После завершения обработки прерывания процессор возвращается к выполнению программы. Эти действия компьютера называются вводом-выводом с использованием прерываний.
Структура оп
Комплекс технических средств, реализующих функции памяти, называется запоминающим устройством (ЗУ). ЗУ делятся на основную память (ОП), сверхоперативную память (СОЗУ) и внешние запоминающие устройста (ВЗУ). ОП состоит из двух типов устройств :
оперативное ЗУ (ОЗУ или RAM-Random Accses Memory);
постоянное ЗУ (ПЗУ или ROM - Read Only Memory).
Основной составной частью микросхемы памяти является массив элементов памяти (ЭП). Каждый ЭП может хранить хранить 1бит информации. ЗУ, позволяющее обращаться по адресу к любому ЭП в произвольном порядке, называется ЗУ с произвольным доступом.
П
ри
матричной организации памяти адрес ЭП
определяется двумя координатами X и Y.
На пересечении этих координат находится
ЭП. Структурная схема ОЗУ приведена на
рис. 1.
Рис. 2 Структурная схема ОЗУ
Связь с ОЗУ осуществляется
по системной магистрали (СМ). По шине
управления передается сигнал, определяющий,
какую операцию необходимо выполнить.
ПО шине данных передается информация,
записываемая в память или считываемая
из нее. По шине адреса передается адрес
участвующих в обмене элементов памяти
(поскольку данные передаются машинными
словами, а один элемент памяти может
воспринять только один бит информации,
блок элементов памяти состоит из n матриц
ЭП, где n-количество разрядов в машинном
слове). Максимальная емкость памяти
определяется количеством линий в шине
адреса системной магистрали: если
количество линий обозначить через m, то
емкость памяти (т.е. количество элементов
памяти, имеющих уникальных адреса)
определяется как
При
32 разрядной адресной шине максимальный
обьем ОП равен
В зависимости от способа хранения информации ОЗУ подразделяются на:
Стастические ОЗУ (SRAM - Static RAM).
Динамические (DRAM - Dynamic RAM).
В статических ОЗУ в качестве ЭП используется статический триггер, который способен сохранять состояние 0 или 1 неограниченно долго (при включенном ПК). Динамические ОЗУ строятся на конденсаторах, реализованные внутри кристалла кремния. Динамические ЭП (конденсаторы) с течением времени саморазряжаются и записанная информация теряется. Динамические ЭП требуют периодического восстановления заряда - регенерации. Во время регенерации запись новой информации должна быть запрещена.
Основными характеристиками ОЗУ являются время доступа (быстродействие), емкость.
Время доступа- это промежуток времени, за который может быть записано или прочитано содержимое ячейки памяти после подачи ее адреса и соответствующего управляющего сигнала.
Емкость определяет количество ячеек или битов в устройстве памяти.
По сравнению со статическими, динамические ОЗУ имеют более высокую удельную емкость и меньшую стоимость, но большее энергопотребление и меньшее быстродействие. ОЗУ имеют модульную структуру. Увеличение емкости ОЗУ производится установкой дополнительных модулей. Время доступа к модулям DRAM составляет 60-70 нс.
На производительность ЭВМ влияет не только время доступа, но и такие параметры, как тактовая частота и разрядность шины данных системной магистрали. Tесли тактовая частота недостаточна высока, то ОЗУ простаивает в ожидании обращения. При тактовой частоте, превышающей возможности ОЗУ, в ожидании будет находиться системная магистраль, через которую поступил запрос в ОЗУ.
Интегральной характеристикой производительности ОЗУ с учетом частоты и разрядности шины данных является пропускная способность, которая измеряется в Мегабайтах в секунду. Для ОЗУ с временем доступа 60-70 нс и разрядностью шины данных 64 бита максимальная пропускная способность при тактовой частоте СМ 50 МГц составляет 400 Мбайт/с.
Микросхемы ПЗУ также построены по принципу матричной структуры. Функции ЭП в них выполняют перемычки в виде проводников, полупроводниковых диодов или транзисторов. В такой матрице наличие перемычки соответствует "1", а ее отсутствие -0. Запись информации в ПЗУ осуществляется посредством программатора.