Лекция 6: Физическая организация подсистемы ввода-вывода
Системная шина и её характеристики
1
2
3
4
Состав системной шины
Включает шину данных, адресную шину и шину управления для связи компонентов ЭВМ.
Характеристики шин
Разрядность определяет количество линий, ширина адресной шины влияет на максимальный размер памяти.
Подключение устройств
Устройства подключаются через порты ввода-вывода, каждый порт имеет свой адрес.
Функции шин
Шина данных передает информацию, адресная указывает ячейки памяти, управления определяет поведение системы.
Контроллеры устройств и регистры
Архитектура контроллера
Основу контроллера образуют регистры - внутренняя память для управления устройствами ввода-вывода.
Регистр состояния
Содержит биты занятости, готовности данных и ошибки, доступные только для чтения.
Регистр управления
Получает данные для инициализации устройства и изменения режима работы.
Регистры данных
Включают регистры входных и выходных данных для обмена информацией с устройством.
Порты ввода-вывода
Порты служат для соединения внешних устройств с системной шиной компьютера.
Каждый порт получает уникальный адрес для идентификации в системе.
Занесение информации в порт запускает операции ввода-вывода устройства.
Порты обеспечивают доступ к регистрам контроллера для управления устройством.
Точки подключения устройств
Адресное пространство
Инициализация операций
Взаимодействие с контроллером
Механизм взаимодействия с контроллером
01
02
03
04
Регистры контроллера
Состояния, управления, входных и выходных данных для обмена информацией с устройствами.
Стратегии взаимодействия
Опрос бита занятости или использование механизма прерываний для эффективной работы.
Алгоритм взаимодействия
Проверка бита занятости, запись кода команды, передача данных в регистр.
Прерывания
Маскированные, немаскированные, аппаратные и программные для асинхронного взаимодействия.
01
03
02
04
Стратегии взаимодействия процессора и устройств
Опрос бита занятости
Процессор непрерывно проверяет состояние устройства, ожидая его освобождения.
Механизм прерываний
Устройство оповещает процессор о завершении операции, что более эффективно.
Виды прерываний
Маскированные, немаскированные, аппаратные, программные и исключительные ситуации.
Вектор прерываний
Адрес ячейки памяти с указателем на обработчик прерывания.
Виды прерываний
Маскированные прерывания
Прерывания, которые можно запретить программным путем, в отличие от немаскированных.
Аппаратные прерывания
Внешние прерывания, обнаруживаемые асинхронно между выполнением команд процессора.
Исключительные ситуации
Возникают во время выполнения команд при переполнении или делении на ноль.
Программные прерывания
Возникают после специальных команд для выполнения привилегированных действий в системных вызовах.
Маскированные и немаскированные прерывания
Маскированные прерывания
Прерывания, которые можно запретить программным путем.
Немаскированные прерывания
Прерывания, которые невозможно запретить программным способом.
Аппаратные прерывания
Внешние асинхронные прерывания, обнаруживаемые между выполнением команд.
Программные прерывания
Возникают после специальных команд для выполнения привилегированных действий.
Аппаратные и программные прерывания
Виды прерываний
Маскированные, немаскированные, аппаратные, программные и исключительные ситуации.
Аппаратные прерывания
Внешние, асинхронные, непредсказуемые, обнаруживаются между выполнением команд.
Программные прерывания
Возникают после специальных команд, синхронны, предсказуемы, для выполнения привилегированных действий.
Исключительные ситуации
Возникают во время выполнения команд, синхронны, непредсказуемы, например переполнение или деление на ноль.
01
02
03
04
Вектор прерываний
Определение вектора прерываний
Номер ячейки памяти, содержащей адрес обработчика прерывания.
Принцип работы
Процессор приостанавливает текущий процесс, переходит по адресу вектора, затем возвращается.
Таблица прерываний
Векторы прерываний образуют таблицу прерываний операционной системы.
Контроллер прерываний
Специальное устройство для эффективной обработки аппаратных прерываний.
Контроллер прерываний и его работа
01
03
02
04
Назначение контроллера
Обрабатывает сигналы от устройств, передает процессору вектор прерывания для эффективной обработки аппаратных прерываний.
Принцип работы
Устройства связаны линиями IRQ, контроллер получает сигнал и передает процессору информацию о прерывании.
Линии прерываний
IRQ0-IRQ7 соответствуют различным устройствам: таймер, клавиатура, диски, порты и другие компоненты.
Векторы прерываний
Номера ячеек памяти с адресами обработчиков, образуют таблицу прерываний операционной системы.