Многофункциональный контроллер ВЗУ

МИНИСТЕРСТВО СВЯЗИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ Кафедра ВТ и УС К У Р С О В А Я Р А Б О Т А по теме Многофункциональный контроллер ВЗУ Выполнение Студент гр. А19301 Рыбалко С.О. Проверка д.т.н. Кириллова Л.В. Задание на курсовое проектирование по дисциплине Теория и проектирование ЭВМ Разработать структурную схему многофункционального контроллера ВЗУ. На основе выбранного варианта реализации аппаратуры контроллера разработать функционально-логическую схему одного из модулей структурной схемы.

Для выполнения задания следует 1. Изучить принципы функционирования накопителей на ГМД и накопителей типа Винчестер. 2. Изучить методы контроля передачи информации при обмене ЭВМ с ВЗУ. 3. Сформулировать требования, предъявляемые к многофункциональному контроллеру ВЗУ. 4. Построить дерево функций контроллера. 5. Построить алгоритм функционирования многофункционального контроллера ВЗУ. 6. Выделить участки алгоритма, допускающие параллельную или конвейерную обработку. 7. Распределить операторы алгоритма между функциональными модулями. 8. Разработать вариант структурной схемы. 9. Оценить быстродейтсвие, реализуемое полученной структурной схемой. 10. Выполнить оценку аппаратных затрат на основе выбранного критерия. 11. Разработать функционально-логическую схему одного из функциональных модулей, предварительно согласовав свой выбор с преподавателем.

Индивидуальное задание 18 НГМД FDDНЖМД HDDСкорость передачи Элементная база625 K байтсМИС и СИС Принцип функционирования накопителя на ГМД и накопителя типа Винчестер Основой любого дискового устройства является магнитный носитель, имеющий форму диска. поверхность д логически разделена на концентрические окружности, отсчет которых у жестких дисков начинается от центра, а у гибких дисков - от внешней кромки диска.

Каждая такая концентрическая окружность названа дорожкой.

Однако так как двусторонние дискеты и фиксированные диски имеют больше одной поверхности, то для определений местоположения байта данных пользуются трехмерными координатами.Понятие дорожка заменяют понятием цилиндр- группа дорожек в одной и той же позиции магнитной головки на всех дисках пластинах в одном дисководе определяется разрешающей способностью позиционера магнитных головок и вертикальной плотностью носителя, которая измеряется числом дорожек на дюйм track per inch - TPI. Сектор представляет собой зону дорожки, в которой собственно и хранятся разряды данных. количество секторов на дорожке зависит от многих переменных, но в основном определяются суммарной длиной поля данных и служебного поля, образующих сектор горизонтальная плотность. размер сектора обычно 512К для большинства дискет и некоторых типов жестких дисков. Информационная структура всех типов дисков для РС АТ одинакова и определяется базовой операционной системой DOS. С точки зрения операционной системы элементарной единицей размещения данных на диске является кластер. Он представляет собой группу секторов, с точностью до которой происходит размещение файлов на диске.

В РС АТ для гибкого диска один кластер - это два сектора обычно 1К, для жесткого диска - четыре и более 2K. Точное значение размера кластера указывается в самом первом секторе диска - загрузочном секторе - Boot sector.

Дискета или раздел жесткого диска структурирована следующим образом - Область начальной загрузкиBoot sector СистемнаяПервая копия FATобластьВторая копия FATне используется в RAM-дисках диска Корневое оглавлениеRoot directoryОбласть данных, включая подоглавления data area Область начальной загрузки помещается на дорожке 0, сектор 1, сторона 0 любой дискеты или головка 0 жесткого диска.

Область начальной загрузки содержит важную информацию о типе носителя, структуре носителя для механизма позиционера носителя и о том, как данные размещены на диске. Помещенная ниже таблица демонстрируем наиболее распространенные форматы гибких и жестких дисков.

Тип дискетыЕмкость МбайтЧисло цилиндровЧисло секторов на дорожкеЧисло головок5 14 1,2801523 12 0,7280921,4480182Тип жесткого дискаЕмкость МбайтЧисло цилиндровЧисло секторов на дорожкеЧисло головокРСХТ10306174Тип 20 на РС АТ30733175Современные типы12810241715накопителей21010243412 Загрузочный сектор диска или раздела диска должен иметь следующий формат Смещ.ДлинаСодержимое03JMPxxxxNEAR-перехо д на код загрузки38 I B M 3 . 3 OEM-имя фирмы версия системы 0Bh2SectorsizeБайтов на секторначало ВРВ0Dh1Cluster sizeКластера размер0Eh2Число резервных секторов перед 1-й FAT10h1FatCntЧисло таблиц FAT11h2RootSizeМакс. число 32-байтовых элементов корневого оглавления13h2TotSectsОбщее число секторов на носителе раздел DOS15h1MediaДескриптор носителя То же, что 1-й байт FAT16h2FatSizeЧисло секторов в одной FAT конец ВРВ18h2TrkSectsСекторов на дорожку цил.1Ah2HeadCntЧисло головок ЧТЗП поверхн-тей1Bh2HidnSecЧисло скрытых секторов1EhРазмер форматированной порции корневого сектора, начало кода и данных загрузки Таблица размещения файлов FAT Это связный список, который DOS использует для отслеживания физического расположения данных на диске и для поиска свободной памяти для новых файлов.

При размещении файла на диске FAT выделяет место на диске с дискретностью с один кластер, поскольку FAT рассматривает все секторы одного кластера как один сектор.

Если файл не заполняет выделенные ему секторы в кластере, то они теряются и не могут быть использованы для другого файла.

Файл может занимать несмежные кластеры, тогда FAT связывает кластеры в цепочки.

Размер элемента FAT от используемого диска.FAT включает 12-разрядный элемент 1,5 байта или 16-разрядный - для жестких дисков емкостью свыше 10 Мбайт для каждого кластера. Производительность диска определяется четырьмя основными физическими параметрами 1. временем доступа мс 2. размером цилиндра секторов 3. скоростью передачи данных Кбайтс 4. средним временем ожидания мс Время доступа - то время, которое требуется для перевода головок чтения-записи на нужные дорожки цилиндры.

После установки над нужными дорожками головки должны перейти из транспортного положения в положение чтения-записи. Все это и составляет обычно время доступа. Скорость передачи данных скорость, с которой они выдаются с диска зависит от скорости вращения диска, плотности записи и секторного интерливинга. Расслоение.Фактор интерливинга, равный 4 означает, что имеются три сектора, разделяющие смежные сектора. Следование секторов под головкой будет следующим- сектор 1, сектор X, сектор Y, сектор Z, сектор 2 и т.д При коэффициенте интерливинга, равного 6, у РС ХТ скорость передачи снижается с 5 М битс до 0.83 М битс. Среднее время ожидания - время, за которое диск совершит половину оборота и нужный сектор окажется под головкой.

Механизм общения контроллера с диском Контроллер жесткого диска Использование контроллера DMA Прямого доступа к памяти в настоящее время не применяется для операций ввода-вывода с жестким диском.

Контроллер в жесткого диска в АТ использует 512-байтный секторный буфер, к которому МП i80286 обращается как к 16-разрядному устройству.Когда этот буфер полон или пуст, контроллер прерывает МП с помощью INT 14, после чего данные передаются при помощи строковых команд ввода-вывода в память или из памяти со скоростью 2 Мбайта в секунду у IBM XT, использовавшего подсистему DMA, скорость передачи в два раза ниже. Такая скорость достигается за счет использования трех тактов включая одно состояние ожидания для переноса данных 16 бит в процессор и еще трех тактов включая еще одно состояние ожидания для переноса данных в память.

Таким образом, для передачи двух байтов данных используется шесть тактов шины. Таблица параметров жесткого диска Она находится по адресу вектора прерывания INT 41h для первого жесткого диска и INT 46h для второго если он есть Смещ.ДлинаСодержимое02Максимальное число цилиндров21 Максимальное число головок32Не используется в АТ52Стартовый цилиндр предкомпенсации записи71 Не используется в АТ81Управляющий байт 7 запрет повторного доступа 6 запрет повторения по ошибке ЕСС 3 более 8 головок91 Не используется в АТ0Ah1 Не используется в АТ0Bh1 Не используется в АТ0Ch2Зона парковки головок0Eh1 Количество секторов на дорожку0Fh1 Резерв Методы контроля передачи информации при обмене ЭВМ и ВЗУ Дефекты информации, хранимой на магнитном носителе можно подразделить на две основные группы 1. Временные обратимые - это пыль, частицы отслоившегося лакового покрытия. 2. Постоянные необратимые - это различные царапины, трещины в покрытии, прилипшая грязь и т. п. Для обнаружения и коррекции ошибок были разработаны системы кодирования информации с избыточностью внедрение контрольных разрядов, образуемых с помощью выполнения определенных арифметических операций над всеми информационными разрядами.

Но следует учитывать при разработке и применении конкретной системы кодирования, что возможность обнаружения и коррекции ошибок возрастает с избыточностью кода, но одновременно усложняется алгоритм кодирования и декодирования и, как следствие, возрастает объем буферной памяти, и снижается скорость передачи информации , усложняется аппаратура кодирования и декодирования и, следовательно, система становится менее надежной.

Для двоичного кода М сообщений, каждое из которых имеет дину n, можно закодировать, если выполняется условие 2n M или n log2 M. Приведем примеры различных методов кодированияПусть имеются четыре события А1, А2, А3, А4, причем вероятности их появления различныРА10,5 РА20,25 РА3 РА10,125. Равномерное кодирование - без учета вероятности появления того или иного события.

Метод Фанно - А102 А2102 А31102 А41112 . Это пример неравномерного кодирования с учетом вероятности появления события.

Система Фанно однозначно декодируема, поскольку ни одно А не является префиксом следующего. Такие системы кодирования называют префиксными.Основные характеристики кодов 1. Длина кодаnЧисло символов, составляющих кодовое слово2. Основание кодаmКоличество отличных друг от друга значений импульсных признаков, используемых в кодовом слове3. Мощность кода Мрчисло разрешенных кодовых слов4. Полное число кодовых словМвсе возможные кодовые слова5. Число информационных символовkбез комментариев6. Число проверочных символовrбез комментариев7. Избыточность кодаRRrn8. Скорость передачи кодовых словR R kn9. Кодовое расстояниеdЧисло несовпадающих позиций двух кодовых словИмея один избыточных символ, можно обнаружить только нечетное количество ошибок.

Поэтому используют другой метод.

Объясним на примере Пусть должно прийти 9-разрядное число.Расположим приходящие разряды следующим образом В1В2В3С1ПустьВ1Е В4Е В7 С4В4В5В6С2В4Е В5Е В6 С2В2Е В5Е В8 С5В7В8В9С3В7Е В8Е В9 С3В3Е В6Е В9 С6С4С5С6С7С1 Е С2 Е С3 Е С4 Е С5 Е С6 С7 Пусть приходит число 011010001. Пусть произошла ошибка в 7-ом разряде ПереданоПринято При сравнении В7Е В8Е В9 С3 в строке В1Е В4Е В7 С4 в столбце Следовательно, ошибочный разряд локализован можно исправить.

Но это был случай единичной ошибки, а с двойной ошибкой этот метод не справляется, то есть определить может, но исправить - нет. 0100010101110000 На рисунке видно, что, используя этот метод, нельзя понять, где произошла ошибка В2 , В3 , В8 , В9. Для дальнейшего объяснения dx,y между двумя кодовыми словами х и у называется число несовпадающих позиций. Пример х01101, у00111 dx,y2. Это расстояние называется кодовым расстояние Хемминга.Итак, код способен исправить любые комбинации из q или меньшего числа ошибок тогда и только тогда, когда его кодовое расстояние 2q. В настоящее время только для кодов с dmin получено такое соотношение между числом проверочных символов r и длиной кода n r log2 n1. Циклические коды Циклическими кодами называются такие коды, которые с любым своим вектором содержит также его циклический сдвиг.

Циклические коды основаны на представлении передаваемых данных в виде полинома многочлена и используются при последовательной передаче информации между Процессором и ВЗУ. ах а0а1 ха2 х2 аn-1 хn-1 Для вектора аа0, а1, аn-1.Циклический сдвиг а х аn-1 а0x а1 х2 аn-2 хn-1 . С помощью этих кодов можно обнаруживать Ошибки в 1 бите, если порождающий многочлен содержит 1 члена, Ошибки в 2 битах, если порождающий многочлен содержит 3 члена, Ошибки в нечетном количестве битов, если порождающий многочлен содержит множитель х1, Пакеты ошибок длиной менее к1 бит, если порождающий многочлен содержит множитель х1, и один множитель с 3мя членами и более к1 - число бит порождающего многочлена. Принцип построения циклических кодов Каждая кодовая комбинация Qx умножается на одночлен xr , а затем делится на многочлен.

Степень каждого одночлена, входящего в Qx, повышается на r. При делении получается Сх такой же степени, что и Qx, и остаток Рх степени не более r-1, наибольшее число разрядов которого r. Qx xr gx Cx Pxgx 1 В ЭВМ используется метод умножения кодовой комбинации Qx на одночлен xr и прибавлением к этому произведению остатка Рх на порождающий многочлен gx. Реально умножается на фиксированный многочлен типа x3Е x2Е 1 Схема умножения на многочлен.

Вначале все ячейки содержа 0. Пусть требуется умножить x4 Е x2 Е1 на x3 Е x2 Е11 тактНа вход поступает единичный коэффициент при старшей степени x4 , запоминается в 1-й ячейке памяти и передается на выход.2 тактНа вход поступает 0-й коэффициент при x3. Содержимое первой ячейки приходит во вторую, на выходе сумматора появляется 1, которая, суммируясь с выходом 3-й ячейки, появляется на выходе 2-го сумматора3 тактНа вход поступает коэффициент при x2. Он запоминается в 1-й ячейке памяти и передается на выход.4 тактНа вход поступает 0-й коэффициент при x1. Первый сумматор имеет на выходе 1, а второй - 0.5 тактНа вход сумматора поступает 1 - коэффициент при x0.6-8 тактыУчитывая, что после умножения многочленов старший коэффициент имеет 7-ю степень, необходимо сдвинуть на 3 разряда убираются разряды, содержащие 0ТактВх. символСодержимое регистра после очередного сдвигаВых. символ0 000 Схема деления на многочлен На вход со старших степеней коэффициенты, а на выход - коэффициенты частного.

По окончании деления в регистре сдвига слева направо оказываются записанными коэффициенты остатка, начиная с младших степеней.

Пример - разделить x5 Е x4 Е x3 Е x2 Е1 на x3 Е x2 Е1. ТактВх. символСодержимое регистра после очередного сдвигаВых. символ0 000 Рассмотрим процесс обнаружения и исправления ошибок.

Пусть n7 и необходимо исправить q1. Из формул n2c-1 c кодовым расстоянием dmin 2q1 и r cq Ю c3 и r3. Так как 3 делится без остатка на 1 и 3, то сомножителями двучлена будут все неприводимые многочлены степени 1 и 3. Пусть имеется кодовое слово x3 Е x2 Е1. Запись Первые 4 такта Клапан 1 закрыт и информационные символы кодового слова поступают через комбинационную схему на выход и одновременно на схему, которая в соответствии с формулой 1 умножает кодовое слово на х3 и делит на gx. В регистре получается остаток от деления.

Далее клапан 1 открывается, производит 3 сдвига и остаток в виде контрольных символов выводится из регистра.

В результате формируется кодовое слово с контрольными символами х6х4х3х2 - 1011100 Чтение После приема всей информации проверяется содержимое всех разрядов регистра, и если все нули, то ошибок нет. Дерево функций многофункционального контроллера 1 УровеньF0Управление ВЗУ2 УровеньF1Организация сопряжения с ЦПF0F2Промежуточная обработка информацииF3Организация сопряжения с ВЗУ3 УровеньF11 Обмен параллельной информациейF1F12Формирование и хранение слова состояния канала СККF13Управление обменомF2F21Хранение параллельной информацииF22Обработка принимаемой информацииF3F31Управление приводомF32Обработка последовательной информации4 УровеньF11.1Прием параллельной информации из ЦПF11F11.2Передача параллельной информации в ЦПF11.3Хранение передаваемой информацииF12F12.1Прием СККF12.2Передача СККF13F13.1Анализ поступающих сигналовF13.2Выдача управляющих сигналовF21.1Прием передаваемых данныхF21F21.2Хранение передаваемых данныхF21.3Прием служебной информацииF21.4Хранение служебной информацииF22.1Анализ слова состояния ВЗУF22F22.2Формирование управляющего слова ВЗУF22.3Анализ информации, передаваемой из ВЗУF31F31.1Передача управляющего слова в ВЗУF31.2Прием слова состояния ВЗУF32.1Кодирование информацииF32.2Декодирование информацииF32F32.3Формирование циклического кода контроля CRCF32.4Опознавание маркеровF32.5Параллельно-последовательны е преобразования информации Функционально-логическая схема блока контроля ошибок 1533 ИП2 Список литературы 1.под ред. М.Л.МархасинаРуководство по архитектуре IBM PC AT, Минск, ООО Консул, 1993 2.П. Нортон, Р.УилтонIBM PC и PS2. Руководство по программированию.

М Радио и Связь, 1994 3.Р.Браун, Дж.Кайл под ред. К.Г.ФиногеноваСправочник по прерываниям IBM PC, М,Мир, 1994 4.Е.П.Балашов,Д.В.ПузанковПроектирование информационно-управляющих систем, М Радио и связь, 1987 5.Б.М.КаганЭВМ и системы, М Энергоатомиздат, 1985 Оглавление Задание на курсовое проектирование Принцип функционирования накопителя на ГМД и накопителя типа Винчестер Механизм общения контроллера с диском Контроллер жесткого диска Методы контроля передачи информации при обмене ЭВМ и ВЗУ Циклические коды Дерево функций многофункционального контроллера Функционально-логическая схема блока контроля ошибок Список литературы Оглавление.