Вычислительная машина с тремя видами шин

Для подключения быстродействующих периферийных устройств в систему шин может быть добавлена высокоскоростная шина расширения (рис. 2.32).

Шины ввода/вывода подключаются к шине расширения, далее через адаптер к шине «процессор - память». Данный подход в еще большей степени снижает нагрузку на шину «процессор - память».

2.6.9. Принципы работы шины

При стандартном цикле шины задающее устройство (обычно центральный процессор) считывает информацию из подчиненного устройства (обычно из памяти) или записывает в него информацию, при этом передается одно слово.

При использовании кэш – памяти желательно вызывать всю строку кэш – памяти, то есть 16 последовательных 32-битных слова. Часто передача блоками может быть более эффективной, чем такая последовательная передача информации. Когда начинается чтение блока, задающее устройство (ведущий) сообщает подчиненному устройству, сколько слов надо передать. В ответ по одному слову выдается информация до тех пор, пока не будет передано требуемое количество слов.

В многопроцессорных системах предусмотрен специальный цикл шины, который дает возможность любому процессору считать слово из памяти, проверить и изменить его, записать обратно в память, причем весь этот процесс происходит без освобождения шины. Такой цикл не дает возможности другим центральным процессорам использовать шину и мешать работе первого процессора.

Цикл для осуществления прерываний – когда центральный процессор командует устройству ввода/вывода произвести какое-либо действие, то он ожидает прерывания после завершения работы. Для передачи сигнала прерывания требуется шина. Одновременно несколько устройств могут захотеть произвести прерывания, то есть может возникнуть конфликтная ситуация. Чтобы избежать подобных проблем каждому устройству приписывается определенный приоритет, используется централизованный арбитр для распределения приоритетов. Существует стандартный контроллер прерываний (микросхема Intel 8259A), который определяет на какой именно вход поступил сигнал прерывания и помещает номер входа на информационную шину. Центральный процессор использует этот номер для обращения в таблицу указателей (таблица векторов прерывания), чтобы найти адрес процедуры, производящей соответствующее прерывание.

3.1 Система прерываний.

· Ситуация, требующая каких – либо действий (реакции) микропроцессора при возникновении определенного события, называется прерыванием (interrupt).

Необходимую реакцию на события обеспечивает система прерывания.

· Под системой прерывания понимают комплекс аппаратных и программных средств, обеспечивающих выявление и обработку прерываний.

Аппаратные прерывания обеспечивают реакцию процессора на события, происходящие асинхронно по отношению к исполняемому коду программы. Процессоры семейства х86 поддерживают таблицу, содержащую определения до 256 процедур обслуживания прерываний (таблица векторов прерываний, размещается в начальных ячейках оперативной памяти).

Прерывания делятся на следующие категории:

· Внешние аппаратные прерывания (маскируемые и немаскируемые) – возникают в результате событий вне МП (нажатие клавиши клавиатуры).

· Внутренние аппаратные прерывания – вырабатываются самим процессором или сопроцессором (попытка деления на нуль).

· Программно-вызываемые прерывания – инициируются выполняемой программой (любые функции ввода – вывода информации, которые требуют сервисных услуг DOS).

Последний тип прерываний в прямом смысле прерыванием не является, поскольку представляют собой лишь специфический способ вызова процедур – не по адресу, а по номеру в таблице.

Обработка прерываний сводится к приостановке исполнения программы, вместо которой начинает выполняться программа, называемая обработчиком прерываний. После её реализации выполнение прерванной программы может быть продолжено, что зависит от типа прерывания.

Основные действия обработчика прерываний сводятся к следующему:

· условия возникновения прерывания проверяются процессором на границе инструкций. Это означает, что все шинные операции текущей инструкции будут завершены до начала обработки прерывания;

· процессор сохраняет в стеке слово состояния (регистры флагов, кодового сегмента, указатель следующей инструкции), сбрасывает флаг разрешения прерываний (IF) и вызывает процедуру обработки, точка входа в которую описана в таблице прерываний, хранящейся в ОЗУ;

· выполнение процедуры обработки. Процедура обработки завершается инструкцией (IRET), по которой из стека восстанавливаются автоматически сохраненные регистры (в регистре флагов прерывания разрешены);

· процессор начинает выполнение инструкции, следующей за той, после которой исполнялось прерывание.

Если имеется только одно устройство ввода-вывода, то сложностей с обработкой прерываний не возникает. Однако в реальных условиях существует некоторая вероятность, что во время выполнения процедуры обработки прерывания одного устройства другое устройство ввода-вывода тоже захочет произвести свое прерывание. Для разрешения подобной ситуации каждому из устройств приписывается определенный приоритет (высокий для более критичных и низкий для менее критичных устройств). Центральный процессор тоже должен иметь приоритеты, которые определяются по одному из полей слова состояния программы.

Если выполняется процедуры обработки прерывания с приоритетом n, то попытка другого устройства с более низким приоритетом будет игнорироваться, пока процедуры обработки прерывания не завершится и пока центральный процессор не возвратиться к выполнению программы более низкого приоритета. С другой стороны, прерывания, поступающие от устройств с более высоким приоритетом, должны выполняться без задержек.

Со времен процессора 8088 все процессоры Intel имеют два уровня (приоритета) прерываний: маскируемые и немаскируемые прерывания. Немаскируемые прерывания обычно используются только для сообщения об очень серьезных ситуациях, например об ошибках четности в памяти. Все устройства ввода- вывода используют одно маскируемое прерывание.

Поиск по сайту: