Программно-управляемая передача данных

При использовании программно-управляемого обмена должна быть составлена программа, обеспечивающая пересылку данных из памяти ЭВМ в аккумулятор и далее в регистр памяти контроллера ВУ (вывод данных) или из регистра данных контроллера ВУ в аккумулятор и затем в память ЭВМ (ввод данных). В такое программе можно реализовать один из трех типов обмена: синхронный, асинхронный и по прерыванию. Синхронный обмен очень редко используется в ЭВМ и не будет рассматриваться в данном пособии, остальные виды обмена рассматриваются в п.п. 2.4 и 2.5.

Формат команд ввода-вывода приведен на рис. 1.2.в. Код операции (1110)2 служит для отличия этих команд от других команд ЭВМ. Между собой они отличаются кодом приказа: пересылка данных (IN В - ввод и OUT В - вывод), проверка готовности ВУ (TSF B) и сброс состояния готовности (CLF B), где В - адрес ВУ. Адрес позволяет связать процессор с одним из подключенных к нему ВУ (их может быть до 28=256).

Флажок - однобитовый регистр готовности ВУ, устанавливаемый в единичное состояние, когда ВУ готово к обмену информацией. Если флажок сброшен (установлен в ноль), ВУ занято: устройство вывода еще обрабатывает предыдущую команду, а устройство ввода готовит данные для передачи в процессор.

Команда CLF B (E0xx, где хх - две последние 16-ричные цифры адреса ВУ) служит для установки в нуль флажка ВУ с адресом В.

Команда TSF B (E1xx) служит для проверки готовности к обмену ВУ с адресом В. Если флажок этого ВУ сброшен (ВУ не готово к обмену), то выполняется команда, расположенная вслед за TSF В. В противном случае эта команда пропускается и выполняется команда, расположенная через одну за TSF В.

Команда IN B (E2хх) служит для пересылки содержимого регистра данных контроллера ВУ с адресом B в восемь младших разрядов аккумулятора.

Команда OUT B (E3хх) служит для пересылки содержимого восьми младших разрядов аккумулятора в регистр данных контроллера ВУ с адресов В.

Для организации обмена с ВУ в состав устройства управления базовой ЭВМ включены два устройства: регистр состояний внешних устройств (Ф) и контроллер прерываний. Связь контроллеров ВУ с этими устройствами осуществляется по линиям "Состояние флага" и "Запрос прерывания". Данные передаются по шинам ввода и вывода.

Асинхронный обмен данными

 

Программа такого обмена строится так: сначала проверяется готовность ВУ к обмену и если оно готово, то дается команда на обмен. ВУ сообщает о готовности установкой флага.

Легко заметить, что при асинхронном обмене ЭВМ должна тратить время на ожидание момента готовности, а так как готовность проверяется командным путем (команда TSF), то в это время ЭВМ не может выполнять никакой другой работы по преобразованию данных.

Вертикальная и горизонтальная кодировка микрокоманд

 

 

Организация памяти (адресация, распределение)

 

В командах обращения к памяти на адрес отведено 11 бит. Следовательно, можно прямо адресоваться к 2¹¹ = 2048 ячейкам памяти, т.е. ко всей памяти базовой ЭВМ (прямая адресация). В этом случае бит вида адресации должен содержать 0. Если же в этом же бите установлена 1, то адрес, размещенный в адресной части команды, указывает на ячейку, в которой находится адрес операнда (косвенная адресация).

Отметим, что при мнемонической записи команд указание косвенной адресации производится путем заключения адреса в скобки. Например, команда ADD (25) -сложить содержимое А с содержимым ячейки, адрес которой хранится в ячейке 25 (косвенная адресация).

Основные понятия защищенного режима

Защищенный режим предназначен для обеспечения независимости выполнения нескольких задач, что подразумевает защиту ресурсов одной задачи от возможного воздействия другой задачи (под задачами подразумеваются как прикладные, так и задачи операционной системы).

Основным защищаемым ресурсом является память, в которой хранятся коды, данные и различные системные таблицы (например, таблица прерываний). Защищать требуется и совместно используемую аппаратуру, обращение к которой обычно происходит через операции ввода-вывода и прерывания. В защищенном режиме процессор 80286 аппаратно реализует многие функции защиты, необходимые для построения супервизора многозадачной ОС, поддерживая и механизм виртуальной памяти.

Защита памяти основана на использовании сегментации.

Сегментация, дескрипторы

Защита памяти основана на использовании сегментации. Сегмент — это блок адресного пространства памяти определенного назначения. К элементам сегмента возможно обращение с помощью различных инструкций процессора, использующих разные режимы адресации для формирования адреса в пределах сегмента. Максимальный размер сегмента для процессоров 8086 и80286 составлял 64 Кб, в 32-разрядных процессорах этот предел отодвигается до 4 Гб. Сегменты памяти выделяются задачам операционной системой, но в реальном режиме любая задача может переопределить значение сегментных регистров, задающих положение сегмента в пространстве памяти, и “залезть” в чужую область данных или кода. В защищенном режиме сегменты тоже распределяются операционной системой, но прикладная программа сможет использовать только разрешенные для нее сегменты памяти, выбирая их с помощью селекторов из предварительно сформированных таблиц дескрипторов сегментов. Селекторы представляют собой 16-битные указатели, загружаемые в сегментные регистры процессора.

Дескрипторы — это структуры данных, используемые для определения свойств программных элементов (сегментов, вентилей и таблиц). Дескриптор определяет положение элемента в памяти, размер занимаемой им области (лимит), его назначение и характеристики защиты. Защита памяти с помощью сегментации не позволяет:

• использовать сегменты не по назначению (например, пытаться трактовать область данных как коды инструкций);

• нарушать права доступа (пытаться модифицировать сегмент, предназначенный только для чтения, обращаться к сегменту, не имея достаточных привилегий, и т. п.);

• адресоваться к элементам, выходящим за лимит сегмента;

• изменять содержимое таблиц дескрипторов (то есть параметров сегментов), не имея достаточных привилегий.