Файл: Лекции_ВМСиС1.doc

Лекция 17. Организация прямого доступа к памяти.

Введение

Одним из способов обмена данными с ВУ является обмен в режиме прямого доступа к памяти (ПДП). В этом режиме обмен данными между ВУ и основной памятью ЭВМ происходит без участия процессора. Обменом в режиме ПДП управляет не программа, выполняемая процессором, а электронные схемы, внешние по отношению к процессору. Обычно схемы, управляющие обменом в режиме ПДП, размещаются или в специальном контроллере, который называется контроллером прямого доступа к памяти, или в контроллере самого ВУ.

Обмен данными в режиме ПДП позволяет использовать в ЭВМ быстродействующие внешние запоминающие устройства, такие, например, как накопители на жестких магнитных дисках, поскольку ПДП может обеспечить время обмена одним байтом данных между памятью и ВЗУ, равное циклу обращения к памяти.

Для реализации режима прямого доступа к памяти необходимо обеспечить непосредственную связь контроллера ПДП и памяти ЭВМ. Для этой цели можно было бы использовать специально выделенные шины адреса и данных, связывающие контроллер ПДП с основной памятью. Но такое решение нельзя признать оптимальным, так как это приведет к значительному усложнению ЭВМ в целом, особенно при подключении нескольких ВЗУ. В целях сокращения количества линий в шинах ЭВМ контроллер ПДП подключается к памяти посредством шин адреса и данных системного интерфейса. При этом возникает проблема совместного использования шин системного интерфейса процессором и контроллером ПДП.

Способы совместного использования шин системного интерфейса процессором и контроллером ПДП

Можно выделить два основных способа ее решения: реализация обмена в режиме ПДП с "захватом цикла" и в режиме ПДП с блокировкой процессора.

Реализация обмена в режиме ПДП с "захватом цикла"

Существуют две разновидности прямого доступа к памяти с "захватом цикла". Наиболее простой способ организации ПДП состоит в том, что для обмена используются те машинные циклы процессора, в которых он не обменивается данными с памятью. В такие циклы контроллер ПДП может обмениваться данными с памятью, не мешая работе процессора. Однако возникает необходимость выделения таких циклов, чтобы не произошло временного перекрытия обмена ПДП с операциями обмена, инициируемыми процессором. В некоторых процессорах формируется специальный управляющий сигнал, указывающий циклы, в которых процессор не обращается к системному интерфейсу. При использовании других процессоров для выделения таких циклов необходимо применение в контроллерах ПДП специальных селектирующих схем, что усложняет их конструкцию. Применение рассмотренного способа организации ПДП не снижает производительности ЭВМ, но при этом обмен в режиме ПДП возможен только в случайные моменты времени одиночными байтами или словами.

Более распространенным является ПДП с "захватом цикла" и принудительным отключением процессора от шин системного интерфейса. Для реализации такого режима ПДП системный интерфейс ЭВМ дополняется двумя линиями для передачи управляющих сигналов "Требование прямого доступа к памяти" (ТПДП) и "Предоставление прямого доступа к памяти" (ППДП).

Принцип работы простого контроллера ПДП, обеспечивающего ввод данных в память ЭВМ по инициативе ВУ в режиме ПДП "Захват цикла"

Управляющий сигнал ТПДП формируется контроллером прямого доступа к памяти. Процессор, получив этот сигнал, приостанавливает выполнение очередной команды, не дожидаясь ее завершения, выдает на системный интерфейс управляющий сигнал ППДП и отключается от шин системного интерфейса. С этого момента все шины системного интерфейса управляются контроллером ПДП. Контроллер ПДП, используя шины системного интерфейса, осуществляет обмен одним байтом или словом данных с памятью ЭВМ и затем, сняв сигнал ТПДП, возвращает управление системным интерфейсом процессору. Как только контроллер ПДП будет готов к обмену следующим байтом, он вновь "захватывает" цикл процессора и т.д. В промежутках между сигналами ТПДП процессор продолжает выполнять команды программы. Тем самым выполнение программы замедляется, но в меньшей степени, чем при обмене в режиме прерываний.

Применение в ЭВМ обмена данными с ВУ в режиме ПДП всегда требует предварительной подготовки, а именно: для каждого ВУ необходимо выделить область памяти, используемую при обмене, и указать ее размер, т.е. количество записываемых в память или читаемых из памяти байт (слов) информации. Следовательно, контроллер ПДП должен обязательно иметь в своем составе регистр адреса и счетчик байт (слов). Перед началом обмена с ВУ в режиме ПДП процессор должен выполнить программу загрузки. Эта программа обеспечивает запись в указанные регистры контроллера ПДП начального адреса выделенной ВУ памяти и ее размера в байтах или словах в зависимости от того, какими порциями информации ведется обмен. Сказанное не относится к начальной загрузке программ в память в режиме ПДП. В этом случае содержимое регистра адреса и счетчика байт слов устанавливается переключателями или перемычками непосредственно на плате контроллера.

Блок-схема простого контроллера ПДП, обеспечивающего ввод данных в память ЭВМ по инициативе ВУ в режиме ПДП "Захват цикла", приведена на рис. 1.

Рис. 1. Контроллер ПДП для ввода данных из ВУ в режиме "Захват цикла" и отключением процессора от шин системного интерфейса

Перед началом очередного сеанса ввода данных из ВУ процессор загружает в регистры его контроллера следующую информацию: в счетчик байт - количество принимаемых байт данных, а в регистр адреса - начальный адрес области памяти для вводимых данных. Тем самым контроллер подготавливается к выполнению операции ввода данных из ВУ в память ЭВМ в режиме ПДП.

Байты данных из ВУ поступают в регистр данных контроллера в постоянном темпе. При этом каждый байт сопровождается управляющим сигналом из ВУ "Ввод данных", который обеспечивает запись байта данных в регистр данных контроллера. По этому же сигналу и при ненулевом состоянии счетчика байт контроллер формирует сигнал ТПДП. По ответному сигналу процессора ППДП контроллер выставляет на шины адреса и данных системного интерфейса содержимое своих регистров адреса и данных соответственно. Формируя управляющий сигнал "Вывод", контроллер ПДП обеспечивает запись байта данных из своего регистра данных в память ЭВМ. Сигнал ППДП используется в контроллере и для модификации счетчика байт и регистра адреса. По каждому сигналу ППДП из содержимого счетчика байт вычитается единица, и как только содержимое счетчика станет равно нулю, контроллер прекратит формирование сигналов "Требование прямого доступа к памяти".

На примере простого контроллера ПДП мы рассмотрели только процесс подготовки контроллера и непосредственно передачу данных в режиме ПДП. На практике любой сеанс обмена данными с ВУ в режиме ПДП всегда инициируется программой, выполняемой процессором, и включает два следующих этапа.

Этапы обмена данными с ВУ в режиме ПДП

1. На этапе подготовки ВУ к очередному сеансу обмена процессор в режиме программно-управляемого обмена опрашивает состояние ВУ (проверяет его готовность к обмену) и посылает в ВУ команды, обеспечивающие подготовку ВУ к обмену. Такая подготовка может сводиться, например, к перемещению головок на требуемую дорожку в накопителе на жестком диске. Затем выполняется загрузка регистров контроллера ПДП. На этом подготовка к обмену в режиме ПДП завершается и процессор переключается на выполнение другой программы.

2. Обмен данными в режиме ПДП начинается после завершения подготовительных операций в ВУ по инициативе либо ВУ, как это было рассмотрено выше, либо процессора. В этом случае контроллер ПДП необходимо дополнить регистром состояния и управления, содержимое которого будет определять режим работы контроллера ПДП. Один из разрядов этого регистра будет инициировать обмен данными с ВУ. Загрузка информации в регистр состояния и управления контроллера ПДП производится программным путем.

Режим прямого доступа к памяти с блокировкой процессора

Наиболее распространенным является обмен в режиме прямого доступ к памяти с блокировкой процессора. Он отличается от ПДП с "захватом цикла" тем, что управление системным интерфейсом передается контроллеру ПДП не на время обмена одним байтом, а на время обмена блоком данных. Такой режим ПДП используется в тех случаях, когда время обмена одним байтом с ВУ сопоставимо с циклом системной шины.

Заключение

В ЭВМ можно использовать несколько ВУ, работающих в режиме ПДП. Предоставление таким ВУ шин системного интерфейса для обмена данными производится на приоритетной основе. Приоритеты ВУ реализуются так же, как и при обмене данными в режиме прерывания, но вместо управляющих сигналов "Требование прерывания" и "Предоставление прерывания" (Организация прерываний в ЭВМ) используются сигналы "Требование прямого доступа" и "Предоставление прямого доступа", соответственно.

Список Литературы

3. Мелехин В. Ф. , Павловский Е. Г. Вычислительные машины системы и сети.

4. Уэйкерли Дж. Ф.Проектирование цифровых устройств. том I, II

5. Хоровиц П. , Хилл У.Искусство схемотехники. том I, II, III

6. Гилмор Ч. Введение в микропроцессорную технику.

Вопросы

1. В режиме ПДП (прямого доступа к памяти) обмен данными происходит:

а) без участия процессора(+)

б) с участием процессора

в) без участия контроллера ПДП

2. Управляющий сигнал ТПДП(«Требования прямого доступа к памяти») формируется:

а) С помощью микропроцессора

б) контроллером прямого доступа к памяти(+)

в) устройством вода-вывода

3. Загрузка информации в регистр состояния и управление контроллера ПДП производится:

а) программным путем(+)

б) загрузка не производится

в) механическим путем

4. В ЭВМ можно использовать:

а) одно ВУ, работающее в режиме ПДП

б) три ВУ, работающих в режиме ПДП

в) несколько ВУ, работающих в режиме ПДП(+)

5. Контроллер ПДП должен обязательно иметь в своем составе

а) несколько дополнительных входов

б) несколько дополнительных выходов

в) регистр адреса и счетчик байтов

Лекция 18. Устройства ввода эвм. Клавиатура. Введение

Единственным основным устройством ввода информации в ЭВМ и управления ее работой была, есть и в обозримом будущем останется клавиатура. Трудно сказать, может ли существовать более важное и универсальное устройство ввода информации в компьютер, чем клавиатура. Вполне возможно, в скором будущем, когда человек будет общаться со своим компьютером посредством жестов, мимики, графических образов, видеоизображений и речи, клавиатуру потеснят другие средства ввода информации.

Однако сегодня, когда текст и символы как носители ценной информации еще столь важны, клавиатура обязательно входит в конфигурацию поставляемых персональных компьютеров.

Клавиатура представляет собой матрицу клавиш, объединенных в единое целое, и электронный блок для преобразования нажатия клавиши в двоичный код.

В клавиатурах ЭВМ используются клавиши различных типов, из которых наиболее широкое распространение получили емкостные и контактные.

Емкостные клавиши состоят из подвижной металлической пластины (подвижного электрода), прикрепленного к кнопке, и двух металлических выступов на печатной плате, образующих неподвижные электроды конденсатора переменной емкости. При нажатии на клавишу подвижная пластина приближается к этим выступам, что приводит к изменению емкости конденсатора, а этого достаточно для фиксации нажатия электронной схемой. Помимо простоты устройства емкостные клавиши имеют высокую надежность.

Контактные клавиши могут изготавливаться в различных вариантах, но всегда в основе их работы лежит принцип непосредственного механического контакта между двумя гибкими металлическими пластинами при нажатии клавиши. В местах соприкосновения пластины обычно имеют специальное покрытие, обеспечивающее малое сопротивление контакта. Срок службы контактных клавиш меньше чем у емкостных.

К основным показателям клавиатуры относят:

• Необходимое усилие для нажатия клавиши и ее свободный ход

• Схему расположения клавиш, их цвет форму и размеры

• Легкость чтения надписей на клавишах.

• Коэффициент отражения света клавишами и всей поверхностью

• Толщину клавиатуры и угол ее наклона относительно горизонтали

Существуют два основных стандарта клавиатур для ЭВМ, предложенные фирмой IBM – это 83 (84) и 101 (102) клавишные пульты.