Лекция №4 (Лекции и презентации для подготовки к экзамену)

Лекция №4

Организация циклов обмена по прерываниям

Векторные и радиальные. Векторное – центральному процессору нужен адрес устройства, вызвавшего прерывание. Радиальное – процессору не нужен дополнительный цикл обмена по магистрали для определения данных, необходимо организовать столько дополнительных линий, сколько устройств, и тогда нужен контроллер прерываний.

Организация векторного прерывания:

Такой тип прерывания реализован на шине Q-BUS. Векторные прерывания обеспечивают МП-системе большую гибкость, в системе можно организовать достаточно большое количество прерываний (в пределах разрядной сетки, конечно), но это требует дополнительных аппаратурных устройств. Приоритет получает ближнее к процессору устройство.

Организация радиального прерывания:

Радиальных прерываний в системе реализуется, как правило, немного (от 1 до 16). Для каждого устройства требуется дополнительная линия для передачи в контроллер номера прерывания. Алгоритм работы с радиальными намного проще и не требует дополнительных операций опроса устройств.

Организация циклов обмена по прерываниям

Цикл обмена DMA может быть организован на шинах Q-BUS (в точности повторяет логику прерывания векторного типа) и ISA (в точности повторяет логику радиального прерывания). Процессор должен получить сигнал от устройства на прямой доступ, дать его и отключиться от обмена.

На прохождение сигналов по магистралям влияют следующие факторы:

1) конечная величина задержки распространения сигнала по линиям магистрали;

2) различия задержек распространения по разным линиям шины;

3) неодновременное выставление сигналов на линии шины;

4) искажение фронтов сигналов, проходящих по шине;

5) отражение сигналов от концов линии передач.

Для улучшения формы сигнала используются терминаторы (шина Q-BUS), за счёт компенсации отражённого сигнала. Представляет собой делитель напряжения, верхний резистор 330 Ом, нижний 680 Ом. На шине ISA терминаторы не используются.

Функции устройств, работающих на магистрали

Магистраль, входные сигналы: 0.2-0.8 мА, выходные сигналы: 20-30 мА.

Схема включения процессора в системную магистраль:

Буфер обеспечивает отключение шины от устройства (электрическое буферирование) и мультиплексирование.

Функции ЦП:

- выборка/чтение выполняемых команд;

- ввод/чтение данных их памяти или устройств ввода/вывода;

- вывод/запись в память или устройство ввода/вывода;

- обработка операндов арифметическими или логическими операциями;

- адресация памяти, вычисление целевого адреса для организации обмена с памятью;

- обработка прерываний и обработка запроса DMA.

Внутренние регистры ЦП всегда выполняют две служебные функции: сохранение адреса памяти, где находится выполняемая в данный момент команда, и организация указателя стека (специальная область памяти для хранения адресов возврата).

В пространстве памяти МП-систем выделяют несколько специальных областей:

1) память программы начального запуска;

2) память для стека;

3) таблица векторов прерываний. Позволяет реализовать алгоритм многократного вложенного прерывания;

4) память устройств, подключённых к системной шине. Даёт возможность ЦП обращаться к памяти подключенных устройств как к собственной памяти.

Обобщённая структурная схема присоединения памяти к магистралям:

Возникает вопрос, как разделять адреса памяти и адреса внешних устройств ввода/вывода. Есть два варианта решения этой проблемы: выделение в адресном пространстве системы специальной области адресов ввода/вывода и полное разделение адресных пространств самой памяти и адресов устройств ввода/вывода (для взаимодействия с устройствами ввода/вывода применяются специальные команды и специальные стробы обмена по магистрали). Раздельная организация памяти реализована в ПК.