Вопросы (стр. 2 )

В зависимости от способа реализации этих функций, подсистемы классифицируются следующим образом:

I.

1. С маскированием

2. Без маскирования. Под маскированием понимается запрет

II.

1. безприоритетные (обслуживаются в порядке поступления)

2. приоритетные (в соответствии с назначенными приоритетами)

Приоритетные прерывания бывают с фиксированными приоритетами и с изменяемыми приоритетами (циклические изменения). Фиксированные приоритеты назначаются один раз, иногда на аппаратном уровне, и в процессе работе не меняются. Изменяемые подразумевают возможность изменять приоритеты входов в процессе работы.

Суть циклического сдвига:

a) при обслуживании определенного прерывания, после завершения программы, приоритет прерывания становится младшим, все остальные циклически сдвигаются.

0	1	2	3	4	5	6	7
4	5	6	7	0	1	2	3
7	0	1	2	3	4	5	6

b) по окончании обслуживания i-го прерывания, младший приоритет назначается k-му, все остальные сдвигаются.

III.

1. Одноуровневые – вновь приходящие прерывания не фиксируются и не исполняются до завершения текущего прерывания.

2. Многоуровневые – допускают вложение подпрограмм обработки прерываний, т. е. допускают прерывание подпрограммы обслуживания запросом от более приоритетного источника, а также возможность фиксации прерывания от менее приоритетных источников с последующим их исполнением. (существует понятие уровня важности прерывания, т. е. сколько раз текущая программа может прерываться).

IV. Динамически маскируемые прерывания – в этих системах имеется возможность динамически менять приоритеты входов для того, чтобы обеспечить возможность обслуживания прерываний от источников с меньшим приоритетом.

V.

1. Векторные – запрос от каждого устройства обслуживается своей подпрограммой обработки прерывания, т. е. имеется вектор входа.

2. Безвекторные – передача управления происходит на фиксированный адрес, независимо от того, какой источник прислал запрос. Два варианта:

a) источников полно и все одинаковые

b) после прихода запроса на прерывание, подпрограмма обработки исследует возможные источники прерывания, определяет пославшего запрос и выполняет соответствующую ему подпрограмму обработки.

Понятие прямого доступа к памяти (ПДП).

В вычислительных системах часто возникает задача пересылки блоков информации большого объема между внешними устройствами и памятью, например перезапись данных из памяти системы (оперативной) на жесткий диск, либо считывание с него в память, или обмен между памятью и экраном графического дисплея, а также прочее.

Обычно обмен в МП системе ведется через МП, т. е. информационные слова от одного источника (например памяти) считываются в регистры МП (аккумулятор), далее из МП переписываются в приемное устройство. Для блоков большого размера такой механизм не эффективен, поэтому используется механизм ПДП. При этом управление обменом передается специальному контроллеру, который называется контроллером ПДП (КПДП)

Контроллер автоматически управляет шиной данных, шиной адреса и управления, переключает источники и приемники, соответственно на считывание и запись, автоматически инкрементирует адрес на шине адреса и ведет подсчет циклов передачи. Механизм обслуживания ПДП следующий:

При организации ПДП блок данных должен быть непрерывным. Два метода организации ПДП:

1. Метод полного занятия цикла – при полном занятии цикла МП после запроса на ПДП переходит в состояние «захват», т. е. информационно отключается от шины данных и шины адреса (переводит соответствующие выводы в z-состояние) и находится в таком состоянии до тех пор, пока обмен команд ПДП не завершится.

2. Метод частичного занятия цикла – при методе частичного занятия цикла, используется тот факт, что МП занимает шину передачи данных только небольшое время, в основном работая в соответствии с программой, выполняя вычислительные и другие операции.

КПДП следит за состоянием процессора и начинает обмен только тогда, когда процессор освобождает шину. Как только процессору снова нужна шина данных КПДП приостанавливает обмен до момента, когда шина снова освободится.

Достоинства метода полного занятия – максимально возможная скорость обмена, ограничиваемая быстродействием самих МП БИС и пропускной способностью информационных магистралей. Недостатки – недостаточная управляемость системой сверху.

Достоинства метода частичного занятия цикла – система сохраняет полную управляемость. Недостатки – более низкая скорость обмена, чем при полном занятии, зависящая кроме основных причин также от выполняемой процессором программы.

Понятие интерфейса.

Под интерфейсом в широком смысле слова понимают совокупность всех средств (не только технических), обеспечивающих взаимодействие между структурными единицами и уровнями системы. При этом, если средства обеспечивают обмен, т. е. взаимодействие между различными уровнями системы, то такой интерфейс называется внешним, если взаимодействие осуществляется между структурными единицами одного уровня, то такой интерфейс называется внутренним.

В более узком смысле интерфейс – это техническое средство, через которое производится обмен между модулями системы и внешними модулями или шинами с определенным назначением входов-выходов с заданной совокупностью сигналов управления данных адреса с установленными длительностями сигналов, уровнями с определенным порядком следования сигналов, совместимостью входов и выходов по нагрузочной способности, т. е. с установленными правилами проведения обмена (протоколами).

Интерфейс микропроцессора

Для включения МП в МПС установлен единый унифицированный интерфейс, т. е. это совокупность всех правил, обеспечивающих взаимодействие устройств МПС, а именно:

1. Аппаратные средства соединения устройств (разъемы, связи)

2. Номенклатура и характер этих связей

3. Программные средства, обеспечивающие взаимодействие устройств

4. Временные диаграммы, описывающие характер сигналов

5. Описание электрофизических параметров сигналов

Для связи МП с УВВ и памятью используются по 3 основных информационных магистралей:

1. магистраль адреса

2. магистраль данных

3. магистраль управления

В реальных системах магистрали для УВВ и памяти рассматриваются как единые магистрали.

Взаимодействие между МП и внешними устройствами осуществляется через информационные магистрали. Информационная магистраль – это совокупность проводников шин или кабелей, физические свойства кторых позволяют передать ВЧ информационные сигналы.

Информационные магистрали характеризуются:

1. функциональным назначением

2. разрядностью

3. пропускной способностью

4. способом изготовления

Функционально делятся на:

1. магистрали адресов

2. магистрали данных

3. магистрали управления

При этом система может быть организована таким образом, что любая из этих магистралей может делится на группу локальных и системных магистралей.

Разрядность – количество однотипных проводников, по которым в один и тот же момент времени передаются однотипные сигналы. Это применимо к магистралям адреса и данных.

Пропускная способность характеризуется либо информационным параметрами (количество бит в секунду или байт в секунду), либо электрическими параметрами (частота, сопротивление, емкость).

По направленности магистрали делятся на:

1. однонаправленные (данные передаются в одну сторону)

2. двунаправленные (данные передаются как в одну, так и в другую сторону)

3. разнонаправленные

Иногда используют понятие мультиплексированная магистраль – это магистраль, которая в некоторые моменты времени одну функцию, а в другие – другую.

Есть магистраль с третьим состоянием и без третьего состояния. Магистрали с третьим состоянием обеспечивают возможность их отключения от других магистралей – это реализуется за счет электронных устройств, подключаемых к этим магистралям.

Методы управления подсистемами ввода-вывода и памяти.

Из-за различия в быстродействии и интерфейсе между модулями памяти и внешними устройствами, выделяются:

1. средства обмена между МП и памятью – подсистема управления памятью

2. средства обмена с внешними устройствами – подсистема ввода-вывода

Обычно средства управления этими подсистемами распределяют между МИ и специализированными БИС (интерфейсами и контроллерами). При этом существует два основных подхода к управлению обменом между МП, памятью и устройствами ввода-вывода.

1. управление памятью и внешними устройствами в разделенном адресном пространстве.

2. раздельное управление памятью и внешними устройствами

Характеристики магистрали:

1. магистраль адреса – однонаправленная магистраль, на которой МП генерируются сигналы кода адреса. Остальные устройства, подключенные к этой магистрали только воспринимаю сигналы адреса, непрерывно провода операции микрораспознавания. Разрядность магистрали определяется количеством шин. Количество адресов, формируемых на этой магистрали, может быть определено следующим образом: N=2ma. Адреса могут относится к адресам ячеек памяти и/или к адресам внутренних регистров устройств ввода-вывода. Таких регистров два типа:

1) регистры данных

2) регистры управления/статуса (состояния)

2. магистраль данных – двунаправленная магистраль, т. е. данные по ней передаются как от МП к памяти или внешним устройствам, так и обратно. Направление передачи определяется типом выполняемой МП программы, физически формированием соответствующих сигналов управления. При выполнении команд записи в память или внешнее устройство, формируется сигнал управления (запись в память), (во внешнее устройство). Черточка – активное состоянии сигнала «0». Разрядность магистрали данных обычно кратна разрядности МП и часто с ней совпадает. Пример: Процессор 8080 является 8-разрядным. 8086 – 16-ти разрядный, шина данных – 16 разрядная, 8088 – 16-ти разрядный, шина данных – 8-ми разрядная. Магистрали адреса и данных имеют возможность перехода в третье состояние.

3. Магистраль управления – по этой магистрали передаются сигналы управления, формируемые МП и некоторыми устройствами ввода-вывода, а также сигналы синхронизации, формируемые внешним или внутренним генератором (синхронизатором). т. о магистраль управления представляет собой совокупность однонаправленных шин, часть из которых предназначена для передачи сигналов от МП, часть к МП. У каждого МП и БИС, входящих в его комплект существует своя система управляющих сигналов, однако, часть сигналов является общей для всех микропроцессорных систем (МПС). Набор этих сигналов образует интерфейс МП.

1) RESET (RST) – сигнал сброса – по этому сигналу, который подается на вход МП на прямую, либо через формирователь, происходит сброс системы в начальное состояния. МП начинает выполнять программу с начального адреса.

2) CLK (CLC, CLOCK) – сигналы внутренней синхронизации – сигналы, вырабатываемые внутренним или внешним генератором, обеспечивающие синхронизацию обмена в МПС.

3) Сигналы управления чтением и записью. При этом различают чтение, запись для памяти и сигналы чтения, записи для УВВ.

a) , – формируются МП на отдельных выводах при выполнении команд чтения памяти или запись в память, поступают на микросхему памяти, по этим сигналам производится запись данных в ячейку памяти по указанному адресу, либо чтение данных из ячейки памяти также по указанному адресу.

Если МП «хочет» записать в ячейку памяти по адресу 100, на А формируется 100, на D – передаются данные.

– высокий уровень (чтение)

– низкий уровень (запись)

Если МП «хочет» прочитать:

– низкий уровень

– высокий уровень

Если МП не обращается к памяти

– высокий уровень

– высокий уровень

Сигналы MEMR, MEMW (чтение памяти, запись памяти) формируются в МП на основе выполняемых МП команд при обращении к памяти. Сигналы IOP, IOR также формируются МП при обращении к внешним устройствам. Т. о. для каждого набора управляющих сигналов имеется свой набор команд. Сигналы IRQ – это сигналы запросов на прерывание от внешних устройств, формируется контроллерами и адаптерами внешних устройств, поступают на вход подсистемы прерываний. Задача подсистемы прерывания – зафиксировать запрос, выявить приоритетный, сформировать сигнал INT для МП блока и ждать его реакции. МП, получив сигнал INT, анализирует текущий процесс, выявляет возможность прерывания этого процесса и если возможность имеется, то сохраняет данные о текущем процессе в памяти системы и переходит в состояние обслуживания прерывания. О переходе в это состояние информирует. Подсистема прерываний, получив сигнал INTA, передает по шине данных в МП вектор прерывания (либо адрес, либо число). Назначение селектора адреса (СА) – сформировать сигнал выбора отдельных микросхем (чипов), входящих в МПС. Сигналы, которые формируются СА называются Chip Select(CS). Входными сигналами для СА являются старшие разряды МА. Выходными – CS. Каждая адресуемая микросхема в МПС имеет свой вход CS. Если на этом входе высокий уровень, то микросхема не доступна ни для чтения, ни для записи, ее входы находятся в третьем состоянии.

Виды адресации МПС

1. неявная

2. непосредственная

3. прямая

4. прямая регистровая

5. косвенная

6. косвенная регистровая

7. индексная

8. базовая

9. относительная

10. адресация с авто увеличением /уменьшением (с инкрементированием и декрементированием)

11. стековая

12. страничная

13. сегментная

14. виртуальная

1. Неявная адресация – способ, при котором местонахождения операнда или команды фиксировано, т. е. в коде команды адрес операнда не указывается, тем не менее операция с ним производится.

Базовая логическая структура однокристального микропроцессора.

Обеспечить нагрузочную способность шины данных и возможность третьего состояния этих шин.

Регистр флагов фиксирует в своих разрядах текущее состояние микропроцессора, результат выполнения операции, как правило, арифметической.

Текущие режимы управления.

Формат регистров признаков у каждого регистра свой.

Флаги:

S(Sign) – характеризует результат выполнения операции. Если результат был «+», то 0, если «-», то 1.

Z(Zero) – устанавливается в «1», если результат вычисления «0» (в некоторых процессорах отображается результат аккумулятора).

P (Parity) – флаг четности – устанавливается таким образом, что общее число единиц всегда четно (нечетно).

C(Carry) – флаг переноса – устанавливается в «1» при операции сдвига влево или вправо. При сдвиге влево в этот флаг переносится значение старшего разряда, вправо – младшего. Может использоваться как признак переполнения, т. к. устанавливается в «1» , если в результате выполнения арифметической операции результат оказался больше формата информационного слова.

АС – флаг дополнительного переноса – устанавливается в «1», если в результате выполнения арифметической операции произошел перенос «1» из разряда D3 в D4, либо

D4→ D3.

ПЗУ – хранит постоянные «00», «06», «60», «66» используется для операций двоично-десятичной коррекции после выполнения операции DAA при необходимости получения двоично-десятичного числа.

БМУС (блок местного управления и синхронизации) – в этом блоке формируются все сигналы управления как внутренние, так и внешние.

РгК (регистр команд) – хранит коды команд извлеченной памяти системы.

ДшК (дешифратор команд) – дешифрирует для блока управления.

Ак (аккумулятор) – регистр, в который помещается результат любой арифметической операции. Регистр аккумулятор полностью программно не доступен, поэтому используется не только как хранилище результата, но и как регистр общего назначения. Для микропроцессора аккумуляторно – регистровой архитектуры единственной точкой назначения результата арифметической операции является аккумулятор.

Для микропроцессора регистрово – регистровой архитектуры такой точкой может быть любой другой регистр общего назначения.

Блок регистров общего назначения – это набор ячеек быстродействующей памяти, доступной как для чтения, так и для записи, расположенных непосредственно на кристалле, то есть в непосредственной близости от АЛУ.

Все регистры имеют свои символические имена. В кодах команд используются коды регистров.

Формат команды.