Mechatronika, Optika és Gépészeti Informatika Tanszék Kovács Endre tud. Mts. A Számítógépek hardver elemei Korszerű perifériák és rendszercsatolásuk
A µ processzoros rendszer regiszter modellje A µp gépi szó hossza (Arithmetika); A µp belső regiszterei, funkciójuk; A µp alapján felépíthető µszámítógép operatív tárjának címszervezése; Külön címmel rendelkező (külön elérhető) memória regiszter. Pld. Byte, Maximális címezhető tárterület, (Memóriaregiszterek száma byte-ban) Input/ Output eszközök címszervezése; Memóriába ágyazott perifériacímek ( memory mapped) Izolált perifériacímek Pld.: belső regiszterek A: Akkumulátor, B,C,D,E,H: általános célú regiszterek, PC: utasítás számláló regiszter (IR), SP: Stack pointer, IX, IY: indexregiszterek (címzés) I: Interrupt regiszter (IT ugrási tábla báziscíme)..
A µ processzoros rendszer regiszter modellje Regisztertömb : A : 00 F : B : C : D : E : H : L : Vezérlő/ Utasítás dekóder I/O Rendszer: Operatív tárba ágyazott (Memory mapped) Szeparált 0000 : 0001 : 0002 : FF00 : RAM : I: FFFF : PC : 0200 SP : IX : IY : Addr : Külön I/O utasítások: INPUT periféria illesztő regiszter olvasása, tartalmának a Processzor A=Akkumulátor regiszterbe írása OUTPUT periféria illesztő regiszter írása, tartalmának A regiszterből történő feltöltése 00 : 01 : 02 : FF : I/O : Printer1 Data Printer1 Status......
I/O portok illesztése_1 (polling) µ processzor Op.tár A soron következő kinyomtatandó karakter az A regiszterben van. BUS INP 01 (Status regiszter beolvasása az A -ba) I/O Interface N B=1? Y (Kész állapotra várakozás Akár 1000-2000 gépi utasításnyi idő!!!) Nyomtató OUT 00 A regiszter tartalmának kivitele a 00 című port regiszterbe. Data : Status/Command: D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 B PO X X ER X X X A soron következő kinyomtatandó karakter betöltése az A regiszterbe. B: Busy foglalt=0, kész=1 PO: Paper out papír kifogyott=1 papír rendben=0 ER: Hiba hiba van=1, üzemkész=0.. Polling: Egy adott jellemző változásának figyelése az arra vonatkozó adatok folyamatos újrakérése, és az előző állapottal történő összehasonlítása révén.
Polling: Értékes processzoridő (Kész állapotra várakozás Akár 1000-2000 gépi utasításnyi idő!!!) I/O portok illesztése_2 OUT 00 Értékes program végrehajtás Nyomtatás indítása, első karakter kivitele a státusz regiszter foglalttá válik. (Busy foglalt=0) Ha a foglaltság megszűnik, kérjen IT-t. (Busy foglalt=0 - -> Busy kész=1 ) Értékes program végrehajtás IT: Értékes processzoridő 1. Interrupt a Nyomtatótól: (ez előző kivitt karakter kinyomtatása befejeződött, Jöhet a következő!! második karakter (Kész állapotra várakozás Akár 1000-2000 gépi utasításnyi idő!!!) 2. Értékes program végrehajtás Interrupt a Nyomtatótól: (ez előző kivitt karakter kinyomtatása befejeződött, Jöhet a következő!! harmadik karakter Értékes processzoridő OUT 00 IT rutin feladata: Ha van még kiírandó, akkor a soron következő karakter kivitele a Nyomtató adatregiszterébe.
Visszatekintés Az Interrupt (A Program megszakítása)_3 (címkidolgozás, vezérlés) 0000 : IT UGRÁSI 0042 : PC=5000 IT rutin1 kezdőcíme TÁBLA IT regiszter 00 IT vektor 42 Program PC Az IT ekkor jelentkezik, VEKTOR PC->STACK I/O Interface 1. IT Rutin1 kezdete IT Rutin1 PC<-STACK RETURN IT
I/O portok illesztése_3 (Interrupt felhasználásával) µ processzor Op.tár BUS IRQ IT ok I/O Interface Nyomtató Eredmény: Az Interrupt felhasználásával értékes processzoridőt takarítunk meg. A rendszer eredő teljesítménye nő. Data : Status/Command: D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 B PO X X ER X X X B: Busy foglalt=0, kész=1..
Probléma felvetés: Példa: Nagy sebességű háttértárról olvasás: A háttértár egyszerre nagy tömegű adatot szolgáltat, az adatoknak az operatív tárba kell kerülniük. Az adatok útja (byte-onként): A DMA (közvetlen memória hozzáférés)_1 Periféria kezelés DMA nélkül Az I/O interface adatregiszterében a Winchester által lemezről felolvasott byte van. µ processzor A : 8FD3 : OPERATÍV TÁR A processzor által végrehajtott program (a státusz figyelésével) észleli, hogy az adatregiszterből ki lehet olvasni az adatot. INP WDATA utasítással az adat az A ba kerül. A program az A regiszter tartalmát kiírja az operatív tár regiszterébe (pld. 8FD3 címre).. Data : I/O Interface A processzor adatmozgatással terhelt, a perifériaegység (Háttértár) kezelése a számítási kapacitás nagy részét felemészti.. Háttértár Pld. Winchester
A DMA (közvetlen memória hozzáférés)_2 Periféria kezelés DMA alkalmazásával µ processzor A : BUS vezérlő Data : Vez. regiszterek DMA képes I/O Interface OPERATÍV TÁR 8000 : 80FF : Sávcím : 03 Szektorcím: 12 Byteszám: 255 Op.tár kezdőcím: 8000 Adatfolyam: Példa:Nagy sebességű háttértárról olvasás, 255 db byte felolvasása és az operatív tár 8000 címétől kezdve : 1. Inicializálás: A DMA képes Interface Sávcím, Szektorcím, Byteszám, Op.tár kezdőcím regisztereinek feltöltése. A processzor Értékes program végrehajtással foglalkozik. 2. T 1 idő elteltével az első byte az adatregiszterben. 3. Buszvezérlő az adatot az operatív tárba írja (8000), Byteszám=Byteszám-1 *Cikluslopás** A processzor Értékes program végrehajtással foglalkozik.. 5. T 2 idő elteltével a második byte az adatregiszterben. 6. Buszvezérlő az adatot az operatív tárba írja (8001), Byteszám=Byteszám-1 *Cikluslopás**. A processzor Értékes program végrehajtással foglalkozik. 7. Byteszámláló 0-ra csökken T 1 T 2 Winchester A processzort tehermentesítettük, A DMA alkalmazásával értékes processzoridőt takarítunk meg. A rendszer eredő teljesítménye nő.
A DMA (közvetlen memória hozzáférés)_3 Periféria kezelés DMA alkalmazásával BUS Arbitráció DRQ (Slave) DACK (MASTER) Vezérlés CPU DMA-zó Interface CPU
ZH!!! Mi az Interrupt folyamat lényege? Mik az Interrupt felhasználási lehetőségei? Egy Interrupt rutint megszakíthat egy másik Interrupt? Milyen hátrányt küszöböl ki a DMA a háttértárak kezelésében? Mire használhatjuk a processzor tehermentesítése révén felszabadult időt?