ОРГАНИЗАЦИЯ ОБМЕНА В РЕЖИМЕ ПДП - Конспект Лекций, раздел Образование, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ Использование Любого Варианта Пдп Порождает Ряд Проблем, Связанных С Использо...
Использование любого варианта ПДП порождает ряд проблем, связанных с использованием общей магистрали несколькими устройствами. Даже при использовании простейшего варианта ПДП (slave DMA), который и рассматривается ниже, возникает проблема совместного использования магистрали двумя устройствами – процессором и контроллером ПДП. Для получения максимальной скорости обмена желательно, чтобы ПУ через контроллер ПДП имело непосредственную связь с ОП ЭВМ, т.е. имело бы специальную магистраль, как это и делается в ряде случаев. Однако такое решение существенно усложняет и удорожает ЭВМ, особенно при подключении нескольких ПУ, поэтому в большинстве простейших микроЭВМ для реализации обмена в режиме ПДП (организации каналов ПДП) используются шины системной магистрали. Именно этот вариант и рассматривается ниже. Кроме того, предполагается, что кэш-память отсутствует и данные (как и команды) поступают в процессор непосредственно из ОП. Последнее означает, что в течение всего периода обмена, т.е. пока магистралью управляет контроллер ПДП (master), процессор вынужден простаивать, поскольку не имеет доступа к ОП.
Несмотря на то что такой способ организации обмена в режиме ПДП характерен только для самых простейших микроЭВМ, на его примере можно достаточно наглядно проиллюстрировать основные принципы прямого управления магистралью со стороны ведущего устройства. Изучение механизма функционирования средств bas mastering более сложных вычислительных систем всегда требует достаточно детального рассмотрения сигналов конкретной системной магистрали, используемого процессора, особенностей архитектуры ведущих устройств и т.д.
Проблема совместного использования шин системного интерфейса процессором и контроллером ПДП в общем случае имеет два основных способа решения – ПДП с захватом цикла и ПДП с блокировкой процессора.
ПДП с захватом цикла
Этот способ ПДП предназначен для обмена короткими блоками информации в виде байта или слова и имеет два варианта.
Вариант 1. Для обмена используются те интервалы времени машинного цикла процессора, в которые он не обменивается данными с памятью или регистрами ПУ. В этом варианте контроллер ПДП никак не мешает работе процессора. Однако возникает необходимость выделения таких интервалов для исключения временного перекрытия обмена контроллера ПДП и процессора. В некоторых случаях процессоры формируют специальные сигналы, указывающие такты, в которых процессор не ведет операций обмена. В других случаях применяют специальные схемы, внешние по отношению к процессору, которые идентифицируют такие "свободные" интервалы времени.
Применение подобного варианта организации ПДП не снижает производительность процессора, но передача данных происходит только в случайные моменты времени. Это понижает общую скорость обмена. Кроме того, для некоторых ПУ, такой режим обмена вообще неприемлем.
Вариант 2. На время, необходимое для обмена одним байтом или словом данных (что составляет несколько тактов), процессор принудительно отключается от шин системной магистрали. Такой способ организации ПДП с захватом цикла является наиболее распространенным.
Когда ПУ готово к обмену, оно формирует сигнал ЗПД, который поступает в контроллер ПДП. Он, в свою очередь, вырабатывает аналогичный управляющий сигнал (ОЗПД), который поступает в процессор. Сигнал ОЗПД формируется контроллером при появлении сигнала (сигналов) ЗПД на любой линии (линиях) ЛЗПД и заставляет процессор на несколько тактов отключиться от системной магистрали. Получив этот сигнал, процессор заканчивает операции обмена на магистрали. Затем, не дожидаясь завершения текущей команды (или машинного цикла), выдает в контроллер ПДП сигнал РПД и отключается от шин системной магистрали. При этом внутренние операции в процессоре по завершению текущей команды (или машинного цикла) продолжаются и могут быть совмещены по времени с операциями ПДП.
С этого момента времени всеми шинами системной магистрали управляет контроллер ПДП. Используя системную магистраль, он осуществляет обмен между ПУ и ОП одним байтом или словом, а затем, сняв сигнал ОЗПД, возвращает управление системной магистралью процессору. Как только ПУ вновь будет готово к обмену, оно формирует сигнал ЗПД, контроллер ПДП захватывает магистраль, и цикл обмена повторяется. В промежутках между сигналами ЗПД процессор продолжает выполнять команды текущей программы.
Таким образом, в отличие от режима прерывания, который вводится только после завершения текущей команды, режим ПДП вводится, не дожидаясь ее завершения. Это связано с тем, что в режиме ПДП внутренние регистры процессора не используются, их содержимое не модифицируется, а следовательно, и не требует запоминания в стеке.
Естественно, что применение такого способа организации ПДП замедляет выполнение программы, но в меньшей степени, чем при обмене в режиме прерывания. Кроме того, в отличие от варианта 1 обмен происходит в те моменты времени, в которые это требует ПУ, что особенно важно при работе микроЭВМ в режиме реального времени.
Следует отметить, что такой вариант ПДП используется только тогда, когда интервалы времени между моментами готовности ПУ к обмену достаточно велики и позволяют выполнить процессору несколько операций.
ПДП с блокировкой процессора
Этот режим отличается от ПДП с "захватом цикла" тем, что управление системным интерфейсом передается контроллеру ПДП не на время обмена одним байтом или словом, а на все время обмена блоком данных. В этом случае все вопросы, связанные с синхронизацией работы ПУ и ОП, также решаются контроллером ПДП (в режиме "захвата цикла" их фактически решал процессор). Такой режим ПДП особенно необходим в тех случаях, когда процессор не успевает выполнить хотя бы одну команду между очередными операциями обмена в режиме ПДП.
Режим ПДП с блокировкой процессора в современных ЭВМ является основным, поскольку современные ПУ, такие как жесткие и оптические диски, видеосистемы, принтеры, сканеры и т.д., всегда ведут обмен блоками информации существенного объема. Однако для их передачи контроллер ПДП должен удерживать магистраль достаточно продолжительное время, в течение которого процессор будет простаивать. Это существенно понизит производительность рассматриваемой простейшей микроЭВМ в целом.
Между тем, как уже отмечалось, процессоры большинства современных ЭВМ работают с ОП через кэш-память. При наличии кэш-памяти достаточного объема (особенно многоуровневой) процессор может продолжать некоторое время обработку команд текущей программы – до тех пор, пока необходимая информация присутствует в кэш и не требует обновления. Это время достаточно ограничено, поэтому арбитр должен следить за тем, чтобы время удержания магистрали контроллером ПДП не превышало некоторой, наперед заданной величины и простои процессора были сведены к минимуму.
Следует отметить, что реальные контроллеры ПДП, как правило, могут работать в различных режимах организации ПДП, зачастую комбинированных, поэтому рассмотренная выше классификация способов организации ПДП является весьма условной (особенно ПДП с блокировкой процессора и вариант 2 ПДП с захватом цикла).
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
ОРГАНИЗАЦИЯ ОБМЕНА В РЕЖИМЕ ПДП
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
ЧАСТЬ 3
Настоящий конспект лекций продолжает материал, изложенный в первой и второй частях. Конспект посвящен изучению основ организации и функционирования ЭВМ в целом
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ ВВ
В каждой ЭВМ применяются особые способы ВВ, различные конфигурации схем и типы устройств. Однако для большинства ЭВМ можно выделить следующие общие принципы:
· Передача данных осуществляет
ПРОГРАММНЫЙ ВВ
В этом режиме все действия, связанные с операциями ВВ, реализуются командами прикладной программы, причем возможны два вида обмена – синхронный и асинхронный, которые целесообразно использовать в
ВВ ПО ПРЕРЫВАНИЯМ
Для сокращения непроизводительных потерь времени процессора за счет циклов ожидания при программном обмене, т.е. когда процессор не может заниматься ничем, кроме программы ВВ, используют обмен по п
ВВ В РЕЖИМЕ ПДП
В этом режиме обмен данными между ПУ и ОП микроЭВМ происходит без участия процессора. Обменом в режиме ПДП управляет не программа (или прерывающая подпрограмма), а электронные схемы, внешние по отн
ПДП С ЗАХВАТОМ ЦИКЛА
Этот способ ПДП предназначен для обмена короткими блоками информации в виде байта или слова и имеет два варианта:
Вариант 1
В этом случае для обмена использ
ПДП С БЛОКИРОВКОЙ ПРОЦЕССОРА
Этот режим отличается от ПДП с "захватом цикла" тем, что управление системным интерфейсом передается контроллеру ПДП не на время обмена одним байтом, а на время обмена блоком данных. В эт
АДАПТЕР ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ИНТЕРФЕЙСА
Передача данных в последовательном формате имеет ряд преимуществ, основным из которых является минимальное качество физических линий (проводников) промежуточного интерфейса. В простейшем случае (на
АДАПТЕР ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ИНТЕРФЕЙСА
Передача данных в параллельном формате в общем случае является более высокоскоростной, чем передача в последовательном формате, поскольку все биты символа информации передаются параллельно по време
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
1. На листах ответа должны быть указаны номер группы, фамилия студента и номер его варианта.
2. Номера вопросов выбираются студентом в соответствии с двумя последними цифрами в его зачетно
ТЕГИ И ДЕСКРИПТОРЫ. САМООПРЕДЕЛЯЕМЫЕ ДАННЫЕ
Одним из эффективных средств совершенствования архитектуры современных ЭВМ является теговая организация памяти, при которой каждое хранящееся в памяти или регистре слово снабжается тегом
ЭВМ RISC-АРХИТЕКТУРЫ
Развитие архитектуры ЭВМ, направленное на повышение их производительности, в последние десятилетия шло по пути усложнения процессоров путем расширения системы команд, введения сложных команд, выпол
МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ ОБМЕНА ПРОЦЕССОР-ПАМЯТЬ
Вначале очень коротко рассмотрим причины, вынуждающие инженеров непрерывно совершенствовать аппаратную и идеологическую основы процессов обмена данными между процессором и памятью.
Как уже
КОНВЕЙЕР КОМАНД
Более подробно вопросы конвейеризации процесса обработки информации в ЭВМ рассматриваются в последних разделах настоящего курса – "Многопроцессорные системы". Здесь же будут рассмотрены т
РАССЛОЕНИЕ ПАМЯТИ
Известны два основных метода расслоения памяти. Суть этих методов состоит в том, что память строится на основе нескольких модулей. Но в одном случае модули памяти имеют раздельные адр
БУФЕРИЗАЦИЯ ПАМЯТИ
Суть этого метода состоит в том, что между процессором и ОП включаются дополнительные блоки буферных памятей относительно небольшой емкости, но имеющие быстродействие существенно выше, чем ОП. При
ДИНАМИЧЕСКОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ПАМЯТИ. ВИРТУАЛЬНАЯ ПАМЯТЬ
Во многих случаях большие исполняемые программы и структуры данных не удается полностью разместить в ОП, поскольку емкости существующих ОП ограничены. Особенно остро эта проблема стоит в мультипрог
ВИРТУАЛЬНАЯ ПАМЯТЬ
Принцип виртуальной памяти предполагает, что пользователь при подготовке своей программы имеет дело не с физической ОП, действительно работающей в составе ЭВМ и имеющей некоторую фиксированную емко
СЕГМЕНТНО-СТРАНИЧНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПАМЯТИ
До сих пор предполагалось, что виртуальная память, которой располагает программист, представляет собой непрерывный массив с единой нумерацией байтов. Такое логическое адресное пространство называют
ЗАЩИТА ПАМЯТИ
Если в памяти одновременно могут находиться несколько независимых программ, необходимы специальные меры по предотвращению или ограничению обращений одной программы к областям памяти, используемым д
МЕТОД ГРАНИЧНЫХ РЕГИСТРОВ
Идея метода состоит в том, что вводят два граничных регистра, указывающих верхнюю и нижнюю границы области памяти, куда программа имеет право доступа. Схема функционирования такой системы защиты из
МЕТОД КЛЮЧЕЙ ЗАЩИТЫ
По сравнению с предыдущим данный метод является более гибким. Он позволяет организовывать доступ программы к областям памяти, расположенным не подряд.
Память в логическом отношении дел
АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОУРОВНЕВОЙ ПАМЯТЬЮ
Будем рассматривать двухуровневую память со страничной организацией, состоящую из оперативной (верхний уровень) и внешней (нижний уровень) памятей. Если при выполнении программы обнаруживается, что
СОПРОЦЕССОРЫ
Расширение диапазона возможного применения процессоров с традиционной фон-неймановской архитектурой привело к тому, что наборы команд МП стали весьма громоздкими. Дальнейшее расширение наборов кома
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
1. На листах ответа должны быть указаны номер группы, фамилия студента и номер его варианта.
2. Номера вопросов выбираются студентом в соответствии с двумя последними цифрами в его зачетно
ЭВОЛЮЦИЯ ШИННОЙ АРХИТЕКТУРЫ IBM PC
В начале настоящего курса (см. гл.1) было показано, что переход от мэйнфреймов к малым ЭВМ (мини и микро) сопровождался существенным упрощением внутренней структуры компьютера, а именно, переходом
ЛОКАЛЬНАЯ СИСТЕМНАЯ ШИНА
Быстродействие ШР первых IBM PC (8 МГц) вполне соответствовало быстродействию процессора I8088, на базе которого они были построены. Между тем для оптимизации процесса обмена между ОП и МП разработ
ШИНА РАСШИРЕНИЯ ISA
Шина ISA (Industrial Standard Architecture) была использована в первых IBM PC, построенных на процессоре I8088, в 1981 г. Она имела 8 линий данных, 20 линий адреса, позволяла адресовать до 1 Мбайта
ШИНА РАСШИРЕНИЯ МСА
Появление 32-разрядного процессора I80386 привело к тому, что 16-разрядная ISA перестала соответствовать возможностям нового поколения МП. Фирма IBM не стала вновь модернизировать шину ISA, а разра
ШИНА РАСШИРЕНИЯ EISA
Стандарт EISA (Extended Industry Standard Architecture) появился в 1988 году в ответ на разработку фирмой IBM шины МСА и требование ее лицензировать (см. п. 10.2.2). Конкуренты сочли излишним п
ЛОКАЛЬНЫЕ ШИНЫ РАСШИРЕНИЯ
Рассмотренные выше разновидности ШР (ISA, MCA, EISA) имеют общий недостаток – сравнительно низкое быстродействие. Быстродействие и разрядность процессоров и микросхем памяти (а следовательно, и лок
ЛОКАЛЬНАЯ ШИНА VESA (VLB)
В своем первоначальном варианте слоты локальной шины использовались почти исключительно для установки видеоадаптеров. К концу 1992 года было разработано несколько локальных шин. Исключительными пра
ЛОКАЛЬНАЯ ШИНА PCI
В начале 1992 года на фирме Intel была организована группа, перед которой была поставлена задача разработать новую шину. В результате в июне 1992 года появилась шина PCI (Peripheral Component Inter
CHIPSET
ChipSet – это набор или одна микросхема, на которую и возлагается основная нагрузка по обеспечению центрального процессора данными и командами, а также, по управлению периферией, как-то: видеокарты
РАЗНОВИДНОСТИ СЛОТОВ
Слотом называются разъемы расширения, расположенные на материнской плате (на картинке слева). Они бывают следующих типов: ISA, EISA, VLB, PCI, AGP.
ISA (Industry Standard Architectu
ТИПЫ РАЗЪЕМОВ ОПЕРАТИВНОЙ ПАМЯТИ
На данный момент существует также несколько типов разъемов для установки оперативной памяти. Такие
Режимы работы параллельного LPT порта
SPP (Standard Parallel Port – стандартный параллельный порт) осуществляет 8-разрядный вывод данных с синхронизацией по опросу или по прерываниям. Максимальная скорость вывода – около 80 Кбай
РАЗЪЕМЫ ДЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ДИСКОВЫХ УСТРОЙСТВ
FDD (Floppy Disk Drivers – накопитель на гибких магнитных дисках) конструктивно представляет собой 12х2-контактный игольчатый разъем с возможностью подключения двух дисководов. Устройство, п
РАЗЪЕМЫ ПРОЦЕССОРОВ
Собственно говоря, процессор как раз то устройство, которое производит все вычисления и управляет всеми контроллерами. Так как же определить, какой процессор вы сможете поставить в ту материнскую п
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
1. На листах ответа должны быть указаны номер группы, фамилия студента и номер его варианта.
2. Номера вопросов выбираются студентом в соответствии с двумя последними цифрами в его зачетно
СПОСОБЫ ОРГАНИЗАЦИИ ДОСТУПА К СИСТЕМНОЙ МАГИСТРАЛИ
Конкретные варианты процедур доступа ведущих устройств к магистрали (организации каналов ПДП) в различных ЭВМ очень разнообразны. Между тем существуют некоторые общие принципы их реализации. В обще
ВОЗМОЖНЫЕ СТРУКТУРЫ СИСТЕМ ПДП
Конкретные технические реализации систем ПДП имеют множество вариантов. Они зависят от типа системной магистрали, архитектуры ЭВМ в целом, типа используемого процессора, целевого назначения ЭВМ, ко
ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ СРЕДСТВ ПДП
Любой способ организации обмена в режиме slave DMA предполагает инициализацию контроллера со стороны процессора. Для этого, как уже отмечалось, перед началом обмена с ПУ в режиме ПДП процессор долж
РАДИАЛЬНАЯ СТРУКТУРА (SLAVE DMA)
В соответствии с рис. 11.1, а все запросы от ИЗПД поступают в арбитр магистрали контроллера ПДП и в общем случае фиксируются там каким-либо образом, например аналогично тому, как это делается в кон
РАДИАЛЬНАЯ СТРУКТУРА (BUS MASTER DMA)
В соответствии с рис. 11.1, б все запросы от ИЗПД поступают в арбитр магистрали (контроллер ПДП отсутствует) и в общем случае фиксируются там каким-либо образом, например аналогично тому, как это д
ЦЕПОЧЕЧНАЯ СТРУКТУРА (BUS MASTER DMA)
В соответствии с рис. 11.2 к каждой ШАр (входу арбитра) может быть подключено множество запросчиков ИЗПД. Сигнал РПД распространяется по цепочке ИЗПД, подключенных к одной ЛЗПД (к одной ШАр). Распр
ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ АРБИТРАЖА МАГИСТРАЛИ
Нормальное функционирование системы ПДП любой структуры очень во многом зависит от правильного выбора дисциплины обслуживания устройств магистрали, т.е. от правильного выбора системы приоритетных с
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
1. На листах ответа должны быть указаны номер группы, фамилия студента и номер его варианта.
2. Номера вопросов выбираются студентом в соответствии с двумя последними цифрами в его зачетно
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Новости и инфо для студентов