Конспект лекций для специальностей 23020165 Информационные системы и технологии, 08080165 Прикладная информатика в экономике Шахты 2011г
| Вид материала | Конспект |
- Учебно-методический комплекс для студентов специальностей 080801 «Прикладная информатика, 455.9kb.
- Рабочая программа по дисциплине "алгоритмизация и программирование" для специальности, 136.39kb.
- Конспект лекций по дисциплине «Информационные системы в экономике», 1286.5kb.
- Конспект лекций по дисциплине «информационные технологии» для студентов направления, 912.74kb.
- Рабочая программа дисциплины: интеллектуальные информационные системы для специальностей:, 369.71kb.
- Методические рекомендации по выполнению курсовых работ по дисциплинам «Моделирование, 276.48kb.
- Методические рекомендации по изучению дисциплины для студентов специальностей 080801, 180.47kb.
- Учебно-методический комплекс по дисциплине "информационные технологии финансового анализа, 108.22kb.
- Рабочая программа по курсу «Мировые информационные ресурсы» 351400 «Прикладная информатика, 315.91kb.
- Магистерская программа «Информационные технологии и информационные системы» по направлению, 34.28kb.
К недостатку следует отнести сложность блока формирования управляющих сигналов, поскольку он должен содержать несколько дешифраторов.
4. Нано-микропрограммирование
Этот способ микропрограммирования объединяет горизонтальный и вертикальный. Его можно пояснить на следующем примере. Допустим, память горизонтальных микропрограмм должна хранить 512 ячеек по 100 разрядов (микроопераций). Допустим, что из 512 микрокоманд разными являются только 64; остальные повторяются. Перенумеруем их. Для кодирования номеров (адресов) 64 микрокоманд достаточно 6 разрядов. Поместим 64 сторазрядных горизонтальных микрокоманды во вторую память. Ее называют нанопамятью. Таким образом, у устройства управления память становится двухуровневой. Первая память имеет 512 ячеек по 6 разрядов каждая и вторая - 64 ячейки по сто разрядов. В ячейках первой памяти хранятся адреса для второй.
Если сравнить объемы памяти для реализации одного и того же алгоритма, но разными типами устройств управления, то окажется следующее. При использовании чисто горизонтального способа микропрограммирования требуется память в 512*100 = 51200 бит. При использовании нано-способа требуется первая память (память микрокоманд) в 512*6 = 3072 бита и вторая память (память нано-команд) в 64*100 = 6400 бит. Итого, требуется общая память в 9472 бита.
Выигрыш в объеме памяти очевиден. К недостатку следует отнести невысокое быстродействие, так как требуется двойная дешифрация.
Управление адресом микрокоманды
В отличие от адресной части команды, где она может указывать как адрес операнда, так и адрес перехода, адресная часть микрокоманды всегда содержит информацию только об адресе перехода и условии перехода в микропрограмме.
Здесь КУ – это код проверяемого условия. Проверка условия с точки зрения автоматов - это проверка наличия сигнала ( 5 вольт ) на одном из проводов шины Х, идущих из операционного устройства в управляющее. Номер проверяемого провода (сигнала) задается кодом условия в микрокоманде.
Как и при программировании в кодах команд ЭВМ, на микропрограммном уровне принято следующее. Если заданное в микрокоманде условие выполняется, то происходит переход по адресу, указанному в микрокоманде, в противном случае выполняется следующая по порядку микрокоманда.
Приведенная выше структура микрокоманды является одно форматной, то есть в ней есть и операционная и адресная части. Существует и двух форматная структура. Это когда в зависимости от определенного разряда в микрокоманде все ее разряды являются операционной или адресной частью.
1. Структурная схема устройства управления при одно форматной
структуре микрокоманды.
Если микропрограмма имеет линейную часть, где все микрокоманды следуют друг за другом, то проверку условия следует исключить. Для этого достаточно указать, например, код условия, равный нулю. Для безусловного перехода можно взять код условия, состоящий из одних единиц. Естественно, это требует соответствующего соединения дешифратора кода условия и схем 2И.
Структура блока формирования управляющих сигналов может быть любой из рассмотренных выше. Это зависит лишь от способа микропрограммирования операционной части микрокоманды.
.2. Структурная схема устройства управления при двухформатной
структуре микрокоманды.
Ввиду того, что обычно в микропрограммах операционные микрокоманды составляют большинство, а микрокоманды условных и безусловных переходов - меньшинство, то в большинстве микрокоманд ее адресная часть не используется и ее можно убрать. В этом случае адрес следующей микрокоманды всегда больше на единицу. Таким образом, в ячейке памяти микрокоманд будет храниться микрокоманда, состоящая только из операционной или только из адресной части. Для различения их используется нулевой разряд микрокоманды. Если он равен единице, то остальные разряды являются операционной частью микрокоманды, а если равен нулю, то адресной. То есть такая микрокоманда имеет два формата (структуры). Двух форматный принцип используется также и на командном уровне. Признак формата в этом случае находится в коде операции команды.
Устройство управления с двух форматной структурой микрокоманды имеет два информационных канала, переключаемых сигналом нулевого разряда. Если разряд равен единице, то все разряды микрокоманды передаются в операционную часть устройства, а если равен нулю, то они передаются в блок формирования адресом следующей микрокоманды. Ниже приведена структурная схема такого устройства управления.
Память микрокоманд
Блок формирования
адреса микрокоманды
Команда
Рег МК
&
+1 Добавка единицы к адресу
ОЧ
ЭВМ
K разрядов
Х
2n-1
0
X0
X1
1
2
У
К
К+1
0
N
1
&
N разрядов
+1 к адресу
ЛЕКЦИЯ 4
Подключение периферийных устройств к процессору
Схемотехнически подключение периферийных устройств может выполняться по системе индивидуальных или коллективных шин запроса на подключение к процессору. В логическое подключение входит:
- опознавание (идентификация) периферийным устройством вызова его процессором,
- опознавание процессором тех периферийных устройств, которые запрашивали соединение с процессором.
1. Подключение ПУ по системе индивидуальных шин
В этом случае каждое периферийное устройство посылает процессору собственный запрос на подключение и получает индивидуальное разрешение. В свою очередь, процессор в случае необходимости вызова устройства посылает ему сигнал "Разрешение", которое, по существу, является приказом на подключение. Очевидно, что в этой схеме нет необходимости выставлять адрес устройства на шине адреса системной шины. На рисунке ниже представлен вариант структурной схемы.
Преимущество этой схемы:
- Процессор может вести одновременный обмен (передачу) с нескольким периферийным устройствам.
- Гибкая система реализации приоритетов периферийных устройств, реализуемая как схемами БСПУ, так и программными средствами ЦП.
Недостаток этой схемы:
- Сложность интерфейсного блока центрального процессора.
- Процессор выполняет не только функции соединения, но и арбитража, если несколько периферийных устройств одновременно запросят обслуживания.
Такая схема применяется в специализированных ЭВМ при работе с технологическим оборудованием, а в универсальных ЭВМ применяется система коллективных шин.
2
ША
ШД
ШУ
. Подключение периферийных устройств по системе коллективных шин.
В данной схеме существует только одна общая линия запроса на подключение к ЦП и одна общая линия разрешения. В системе коллективных шин процессор не знает, от какого ПУ поступает запрос. Если ЦП может обслужить этот запрос, то он выставляет общий сигнал – "Pазрешение". Этим сигналом воспользуется только то ПУ, которое выставляло запрос и которое ближе расположено к процессору по распространению сигнала разрешения. Здесь показана идея последовательного арбитража. Изменение приоритета устройств достигается путем их пересоединения. Если сигнал разрешения возвратится к ЦП, то это будет означать аварийную ситуацию. Более гибкая система арбитража получается при параллельной системе арбитража.
Параллельный арбитр представляет собой комбинацию шифраторов-дешифраторов, которая позволяет путем перемычек устанавливать приоритеты ПУ. Если ПУ много, то тогда устанавливается дополнительный параллельный арбитр, который подключается к первому через один из входов. В настоящее время функции подключения ПУ и арбитража выполняют контроллеры прерывания. Контроллеры могут быть запрограммированы на любую систему приоритетов и любую схему. При использовании стандартных контроллеров сигналы разрешения на подсоединение периферийным устройствам не передаются. Этот вопрос будет рассмотрен ниже.
4.Прерывание работы процессора.
Под прерыванием будем понимать принудительное прекращение выполнения одной программы процессора и запуск другой программы при условии возврата на продолжение первой программы после завершения второй программы. Далее первую программу будем называть прерываемой программой, а вторую - прерывающей.
В ЭВМ может наступить командное прерывание (при выполнении специальной команды) или аппаратное (от аппаратных причин). Аппаратные причины подразделяются на внутренние и внешние. К внутренним причинам относятся аварийные сигналы при ошибках выполнения операций (например, деление на ноль). К внешним причинам относятся сигналы от периферийных устройств, от устройств подключенных к системной шине.
В зависимости от того, в какой момент процессор переходит к обслуживанию прерывания, устройства подразделяются на устройства с прерыванием на микрокомандном и командном уровне. В процессорах общего назначения запуск обслуживания прерывания осуществляется после завершения очередной команды. В специальных процессорах возможно прерывание по завершении очередной микрокоманды. В первом случае для возврата необходимо запомнить лишь состояние регистра флагов и адрес команды продолжения. Во втором случае для возврата схемы в исходное состояние необходимо запоминание состояния очень многих служебных регистров.
Идентификация источника запроса на подключение
Идентификация – это опознавание процессором конкретного ПУ, выставившего запрос на обслуживание. Это может выполняться чисто программными средствами (полинг-процесс) или программно-аппаратными средствами (свопинг-процесс). Для этого каждое ПУ представляется процессору в виде двух адресуемых регистров (портов). Первый порт используется для приема и передачи данных. Второй порт - это порт управления. Порт управления выполняет разнообразные функции, которые закрепляются за отдельными разрядами порта. Это позволяет не только управлять периферийным устройством, но и определять его состояние.
Полинг-процесс не требует дополнительного аппаратного обеспечения. Однако, он замедляет работу процессора, поскольку начинает работать программа, которая опрашивает состояние порта управления и анализирует его. Программный путь определения готовности устройства к обмену используется при обмене по инициативе процессора (программы).
Для реализации свопинг-процесса периферийному устройству присваивается еще один адрес, который называется векторным адресом. Этот адрес позволяет процессору найти и запустить прерывающую программу - обработчик прерываний. Этот адрес пересылает процессору то периферийное устройство, которое получило разрешение на соединение. Этот адрес передается в процессор по ШД. Так как векторные адреса обычно занимают начало адресного поля, то формируют упрощенный векторный адрес и называют его вектором прерывания. Если используется контроллер прерываний, то он сам передает процессору вектор прерывания того устройства, которое имеет наивысший приоритет среди запросивших. Стандартные контроллеры прерывания могут реализовывать как последовательный, так и параллельный арбитраж.
Запуск обработчика прерывания выполняется по стандартной процедуре, алгоритм которой реализован на микропрограммном уровне. Ниже приведена блок-схема алгоритма запуска обработчика прерывания.
Каждая программа-обработчик прерывания обязательно должна заканчиваться командой возврата из прерывания. Блок-схема алгоритма микропрограммы этой команды также приведена ниже.
Блок схема микропрограммы запуска обработчика прерываний.
