Система прерываний процессора.

Каким образом, в таком ритме работы, процессор узнает, откуда приходят данные - от клавиатуры или от мыши, от монитора или от принтера? А может быть от микроволновой печи? И как с такими данными работать?

Для этого используются прерывания, которых существует 256 видов. Прерывания п рерывают работу процессора над текущим заданием и направляют его на выполнение другой программы.

Предположим, мы решили подключить к компьютеру микроволновую печь. Выберем для нее какое-нибудь прерывание, не используемое другим устройством, например «103». Когда микроволновая печь захочет обратить на себя внимание процессора, она пошлет к нему сигнал и число 103. Процессор получит число и заглянет в специальную область памяти- вектор прерываний, где найдет адрес руководства по работе с микроволновой печью и начнет работать с этим устройством.

Новые сигналы прерываний могут временно приостановить работу текущей программы, и вернуться к ней по окончании работы с пришедшим прерыванием. Что было бы, если бы процессор работал не со скоростью сотни миллионов байтов в секунду, а в привычном для человека ритме. Как часто получал бы он сигналы?

· Сигналы от клавиатуры он получал бы один раз в десять лет. Обработка слова «компьютер» занимала бы почти 100 лет.

· Данные от мыши - один раз в год. Перемещение указателя мыши из одного угла экрана в другой заняло бы тысячелетие.

· Данные, поступившие по телефонным проводам через модем, - один раз в сутки. Прием и обработка одной страницы текста занимали бы 5-7 лет.

· Данные от гибкого диска — один символ в несколько часов.

· Данные от жесткого или лазерного диска - один байт в час.

 

Подсистема прерываний должна обеспечивать выполнение следующих функций:

• обнаружение изменения состояния внешней среды (запрос на прерывание);

• идентификация источника прерывания;

• разрешение конфликтной ситуации в случае одновременного возникновения нескольких запросов (приоритет запросов);

• определение возможности прерывания текущей программы (приоритет программ);

• фиксация состояния прерываемой (текущей) программы;

• переход к программе, соответствующей обслуживаемому прерыванию;

• возврат к прерванной программе после окончания работы прерывающей программы.

 

 

(7) Внутренне устройство процессора.

 

Архитектура фон Неймана

 

УВВ- Устройство ввода-вывода

АЛУ- Арифметическо-логическое устройство

УУ- Управляющее устройство

ЗУ-Запоминающее устройство

Архитектура фон Неймана с прерываниями

 

 

Архитектура фон Неймана с каналом ПДП.

 

 

 

 

(8) Операционные устройства (АЛУ).

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) - центральная часть процессора, выполняющая арифметические и логические операции.

АЛУ реализует важную часть процесса обработки данных. Она заключается в выполнении набора простых операций. Операции АЛУ подразделяются на три основные категории: арифметические, логические и операции над битами. Арифметической операцией называют процедуру обработки данных, аргументы и результат которой являются числами (сложение, вычитание, умножение, деление,...). Логической операцией именуют процедуру, осуществляющую построение сложного высказывания (операции И, ИЛИ, НЕ,...). Операции над битами обычно подразумевают сдвиги.

 

Классификация АЛУ

§ По способу действия над операндами АЛУ делятся на последовательные и параллельные. В последовательных АЛУ операнды представляются в последовательном коде, а операции производятся последовательно во времени над их отдельными разрядами. В параллельных АЛУ операнды представляются параллельным кодом и операции совершаются параллельно во времени над всеми разрядами операндов.

§ По способу представления чисел различают АЛУ:

1. для чисел с фиксированной точкой;

2. для чисел с плавающей точкой;

3. для десятичных чисел.

 

§ По характеру использования элементов и узлов АЛУ делятся на блочные и многофункциональные. В блочном АЛУ операции над числами с фиксированной и плавающей точкой, десятичными числами и алфавитно-цифровыми полями выполняются в отдельных блоках, при этом повышается скорость работы, так как блоки могут параллельно выполнять соответствующие операции, но значительно возрастают затраты оборудования. В многофункциональных АЛУ операции для всех форм представления чисел выполняются одними и теми же схемами, которые коммутируются нужным образом в зависимости от требуемого режима работы.

§ По своим функциям АЛУ является операционным блоком, выполняющим микрооперации, обеспечивающие приём из других устройств (например, памяти) операндов, их преобразование и выдачу результатов преобразования в другие устройства. Арифметическо-логическое устройство управляется управляющим блоком, генерирующим управляющие сигналы, инициирующие выполнение в АЛУ определённых микроопераций. Генерируемая управляющим блоком последовательность сигналов определяется кодом операции команды и оповещающими сигналами.

 

Операции в АЛУ

Выполняемые в АЛУ операции можно разделить на следующие группы:

§ операции двоичной арифметики для чисел с фиксированной точкой;

§ операции двоичной (или шестнадцатеричной) арифметики для чисел с плавающей точкой;

§ операции десятичной арифметики;

§ операции индексной арифметики (при модификации адресов команд);

§ операции специальной арифметики;

§ операции над логическими кодами (логические операции);

§ операции над алфавитно-цифровыми полями.

(9) Управляющие устройства (УУ).

Управляющее устройство ЦВМ, устройство управления, часть вычислительной машины, координирующая работу всех её устройств, предписывая им те или иные действия в соответствии с заданной

программой. Управляющее устройство вырабатывает управляющие сигналы, обеспечивающие требуемую последовательность выполнения операций, контролирует работу машины в различных режимах, обеспечивает взаимодействие человека-оператора с ЦВМ. Структура Управляющее устройство определяется типом ЦВМ и применяемым способом управления вычислительным процессом. При синхронном управлении ЦВМ на выполнение любой из операций отводится заранее определённое время; в таких ЦВМ, как правило, используется одно Управляющее устройство, называется центральным, которое синхронизирует работу машины в целом. При асинхронном способе управления начало выполнения очередной операции определяется завершением предыдущей операции. В асинхронных ЦВМ каждое устройство машины (арифметическое, запоминающее и др.) часто имеет своё местное Управляющее устройство В этом случае центральное Управляющее устройство вырабатывает только основные сигналы управления, задающие режим работы для местных Управляющее устройство, которые в соответствии с этими сигналами организуют функционирование своих устройств.

 

 

(10) УУ с жесткой логикой.

УУ с жесткой логикой строятся на основе жестко заданных связей между его компонентами, реализующих формирование и передачу сигналов управления в требуемой последовательности, учитывая состояние УУ, выполняемую операцию и значения т.н. «осведомительных сигналов», характеризующих результаты выполнения предыдущей операции, а также состояния требуемых компонент операционного устройства. УУ с жесткой логикой не поддаются модификации и при необходимости изменений должны быть полностью заменены.Основное их достоинство – высокая производительность, связанная с формированием управляющих сигналов с помощью комбинационных схем.Управляющие устройства с жесткой логикой представлены координационными схемами, который обеспечивают построение распределения во времени последовательности сигналов управления, в зависимости от кода операции и № такта сигнала синхронизации.При этом учитывается значение осведомительного сигнала от операционного устройства.По ходу операции из Рг команд, дешифратор кода активирует 1 выходную линию, соотв. выполняемой команде. Счетчик тактов запускается с мом. выполнения тек. команды. Дешифратор нового такта активизирует 1 вых. линию, оотв. № такта.В результате устр. обр. упр. сигналов, в зависимости от № такта и вып. команды, с помощью логических схем «и/или», формирует требуемую последовательность управляющих сигналов, инициализирующих выполняемые последовательности МО в операционных устройствах.Недостаток данного устройства – ориентация на выполнение команд, требующих одинакового количества тактов, поэтому для ее исп. необх. «выровнять» все команды по команде, треб. max числа тактов.Команды, треб. min количества тактов – однобайтные команды, или команды с min количеством бит (команды обр. регистров, изм. режимов, команды установки и т.д.).В отличие от них, длинные команды исп. смешанную адрессацию (регистровую и непосредственную, косвенную).Поэтому выравнивание команд приводит к неэф-му исп. памяти.Для повышения эф-ти устр. упр. с ж. л. исп. счетчики тактов, обеспечивающие выполнение требуемого типа команд.В качестве примера рассмотрим управляемое устройство, обеспечивающее выполнение, или поддержку коротких и длинных команд.

§