Организација улаза/излаза

Организација улаза/излаза
Спољни уређаји У/И модули Технике У/И Програмирани У/И Прекидна У/И техника Директни меморијски приступ У/И канали и У/И процесори

Трећи кључни елемент рачунарског система (поред процесора и меморије) је У/И подсистем. У/И подсистем чини скуп У/И модула.

Сваки У/И модул представља интерфејс између системске магистрале и извесног броја У/И уређаја.

У/И модул није само скуп механичких веза. Поседује логику која врши комуникацију између системске магистрале и периферних уређаја.

Разлози за постојање У/И модула: Постоји много врста спољних уређаја са различитим принципима рада, Брзина преноса података спољних уређаја је обично много мања него код процесора или меморије.

Разлози за постојање У/И модула: У одређеним случајевима спољни уређаји су много бржи од меморије или процесора. Спољни уређаји често користе различите формате података и дужине речи него што је то случај са рачунаром на који су прикључени.

У/И модул има две основне функције Спрега процесора и меморије преко системске магистрале. Спрега са једним или више периферних уређаја.

микрорачунарски систем У/И модули управљачки сигнали адресе подаци везе ка периферним уређајима спољни уређаји Сл.1. Општи модел спреге рачунара са спољним уређајима.

Спољни уређаји У/И операције се обављају путем шиоког асортимана спољних уређаја који омогућују размену података између окружења и рачунара. Спољни уређају су повезани на рачунар преко У/И модула.

Спољни уређаји Ова веза се користи за размену управљачких сигнала, статусних информација и податка између У/И модула и спољног уређаја. Спољни уређаји повезани на У/И модул се често називају периферни уређаји или периферали.

Спољни уређаји Спољни уређаји се могу класификовати у три категорије:
Читљиви од стране човека. Читљиви од стране машине. Комуникациони. Уопштено говорећи, природа спољног уређаја приказана је на слици 2.

Спољни уређаји Бафер Управљачка логика Трансдјусер
Подаци ка/из окружења Битови података ка/из У/И модула Управљачки сигнали из У/И модула Статусни сигнали ка У/И модулу Сл. 2. Блок дијаграм спољног уређаја.

Спољни уређаји Управљачки сигнали одређују функцију коју уређај обавља. Подаци су у облику скупа битова који се шаљу У/И модулу или примају од њега. Статусни сигналу указују на стање уређаја.

Спољни уређаји Управљачка логика управља радом уређаја као одзив на команду од стране У/И модула. Трансдјусер конвертује податке из електричног у друге облике и обрнуто.

У/И модули Функције У/И модула Управљање и синхронизација.
Комуникација са процесором. Комуникација са уређајем. Баферовање података Детекција грешака.

У/И модули . У/И логика Сл. 3. Блок дијаграм У/И модула.
Регистри података Статусни/управљачки регистри У/И логика Логика интерфејса са спољним уређајем . Подаци Статус Управљање Линије података Адресне линије Управљачке линије Интерфејс са системском магистралом Интерфејс са спољним уређајем Сл. 3. Блок дијаграм У/И модула.

У/И модули Улога У/И модула је да омогући процесору да види различите уређаја на једноставан начин прикривајући многе детаље. Тако процесор може да функционише у смислу једноставних команди (read, write, …).

У/И модули У/И модул који преузима већину посла и представља интерфејс високог нивоа ка процесору назива се У/И канал или У/И процесор.

У/И модули У/И модул који је сасвим примитиван и захтева детаљно управљање назива се У/И контролер или контролер уређаја. У/И контролери се обично срећу код микропроцесора, а У/И канали код великих рачунара.

Технике У/И Програмирани У/И Прекидна У/И техника
Директан меморијски приступ (Direct Memory Access – DMA)

Програмирани У/И Када процесор извршава програм и наиђе на инструкцију која се односи на У/И, он ту инструкцију извршава издајући команду одговарајућем У/И модулу.

Програмирани У/И У/И модул извршава захтевану акцију и поставља одговарајуће битове у свом статусном регистру (сл. 3).

Програмирани У/И У/И модул не обавља ни једну другу акцију уместо процесора, па чак не шаље ни захтев за прекидом. На процесору је да периодично проверава стање У/И модула док не открије да је операција завршена.

Програмирани У/И Постоје 4 типа У/И команди које процесор издаје У/И модулу: Управљање – служе за активирање периферних уређаја и налагање акције. Тест – користи се за тестирање различитих статусних услова придружених У/И модулу и његовим перифералима.

Програмирани У/И Читање – изазива да У/И модул прибави податке од периферала и смести их у интерни бафер (регистар података). Упис – изазива да У/И модул прихвати податке у регистар података и преноси их перифералу.

Програмирани У/И Код програмираног У/И постоји блиска веза између У/И инструкција и У/И команди. Инструкције се лако пресликавају на У/И команде и често постоји једноставна 1-1 релација.

Програмирани У/И Обично је више У/И уређаја повезано преко једног У/И модула на систем. Сваком уређају се додељује јединствени идентификатор или адреса.

Програмирани У/И У/И команда садржи адресу жељеног уређаја па У/И модул мора да интерпретира адресне линије да би одредио да ли се команда односи на њега.

Програмирани У/И Када процесор, главна меморија и У/И подсистем деле заједничку магистралу, два начина адресира-ња су могућа: Меморијски-пресликани У/И – једниствени адресни простор за меморијске локације и У/И уређаје. Изоловани У/И – ако магистрала има посебне линије са сигнал читања, тј. уписа у меморију и посебне за улаз/излаз.

Програмирани У/И Предност меморијски-пресликаног У/И је у великом репертоару инструкција које се могу упо-требити. Недостатак је у губитку дела адресног простора. Обе шеме, и меморијски-пресли-кани и изоловани У/И, се користе у пракси.

Прекидна У/И техника Проблем код програмираног У/И је у томе што процесор мора дуго да чека да одговарајући У/И модул буде спреман за пријем или предају података. Док чека, процесор мора стално да испитује статус У/И модула. Као резултат имамо деградирање перформанси читавог система.

Прекидна У/И техника Алтернатива је да процесор изда У/И команду и да се затим посвети неком корисно послу. Модул захтева прекид од процесора када буде спреман за размену података.

Прекидна У/И техника Акције које се овде обављају могу бити сагледане
Са тачке гледишта У/И модула, и Са тачке гледишта процесора.

Прекидна У/И техника Прекидна У/И техника је ефикаснија од програмираног У/И, јер елиминише непотребно чекање. Међутим, прекидна У/И техника још увек троши доста процесорског времена, јер свака реч података ка/из У/И модула мора да прође кроз процесор.

Прекидна У/И техника Обрада прекида претпоставља известан број догађаја и у хардверу и у софтверу процесора.

Прекидна У/И техника Сл. 4. Обрада прекида. Хардвер Софтвер
Контролер уређаја или други системски хардвер захтева прекид Процесор довршава извршење текуће инструкције Процесор сигнализира потврду прекида Процесор смешта садржај PSW и PC у системски магацин Процесор пуни нову вредност PC-а у зависности од врсте прекида Памћење остатка контекстних информација Прекид процеса и његово опслуживање Обнављање контекста прекинутог процеса Обнављање старих вредности PSW-а и PC-а Хардвер Софтвер Сл. 4. Обрада прекида.

Прекидна У/И техника Два пројектантска питања настају код имплементације прекидне У/И технике: Како одредити који је уређај захтевао прекид? Ако се истовремено јави више захтева за прекидом, који ће се обрадити?

Прекидна У/И техника Постоје 4 опште категорије техника за одређивање У/И модула који је захтевао прекид: Вишеструке линије захтева за прекид. Кружна анализа. Ланчање (daisy chaining). Арбитража на магистрали. Ове технике, углавном, дају одговор и на друго питање.

Прекидна У/И техника Вишеструке линије за прекид јесу најједноставнији приступ али је то сасвим непрактично.

Прекидна У/И техника Кружна анализа подразумева да постоји прекидна рутина којој је задатак да прозове сваки модул како би испитала да ли је он упутио захтев за прекид, постављајући адресу модула на адресне линије и упућујући команду (TESTI/O).

Прекидна У/И техника Недостатак кружне анализе је у потрошњи времена.
Код ланчања сви У/И модули деле јединствену линију захтева за прекид. Линија потврде прекида ланча се кроз све модуле.

Прекидна У/И техника Када процесор прими захтев, он издаје сигнал потврде захтева који се простире кроз све модуле док не дође до оног који је захтевао прекид.

Прекидна У/И техника Тада модул који је захтевао прекид поставља на линије података реч која се назива вектор и представља адресу модула или неки јединствени идентификатор. Стога се ова техника и назива векторски прекид.

Прекидна У/И техника Код арбитраже на магистрали У/И модул најпра преузима управљање магистралом пре него пошаље захтев за прекидом. Тако само један модул може у истом тренутку да захтева прекид. Процесор одговара преко линије сигнала потврде а онда У/И модул поставља свој вектор на линије података.

Директни меморијски приступ
Иако је прекидна У/И техника ефикаснија од програмираног У/И, она ипак захтева активну интервенцију процесора код преноса података.

Према томе обе шеме имају два недостатка: Брзина У/И је ограничена брзином којом процесор може да тестира и опслужује уређај. Процесор је присиљен да се бави У/И, јер за сваки У/И пренос он мора да изврши известан број инструкција.

Када се већа количина података преноси повољније је користити ефикаснију технику као што је DMA. DMA уводи још један модул на системску магистралу - DMA контролер који је у стању да имитира процесор и да преузима управљање над системом од процесора.

DMA контролер користи магистралу само када то не чини процесор или да присили процесор да привремено суспендује рад. Последња техника је уобичајенија и назива се крађа циклуса.

Бројач података Регистар података Адресни регистар Управљачка логика Линије података Адресне линије DMA request DMA acknowledge Interrupt Read Write Сл. 5. Типични блок дијаграм DMA контролера.

Када процесор жели да упише или прочита блок података, он издаје команду DMA контролеру шаљући му следеће информације: Да ли се ради у читању или упису користећи управљачке линије read или write. Адресу У/И уређаја који учествује у преносу постављајући је на линије података.

Почетну локацију у меморији одакле се чита или уписује, опет преко линија за податке, а коју DMA контролер смешта у свој адресни регистар. Број речи које се преносе, постављајући га на линије за податке, који DMA контролер уноси у регистар за бројање података.

Процесор наставља са другим послом, јер је делегирао У/И операцију DMA контролеру. DMA контролер преноси цео блок података, реч по реч, директно у/из меморије.

При томе подаци не пролазе кроз процесор. Када се пренос завши DMA контролер шаље захтев за прекид процесору.

Ако у неком тренутку дође до потребе да и процесор и DMA контролер користе магистралу процесор се суспендује непосредно пре него започне да користи магистралу. Пошто DMA контролер пренесе једну реч података он предаје управљање над магистралом процесору (крађа циклуса).

Овде се не ради о прекиду па нема потребе за пребацивањем контекста! Крађа циклуса има ефекат да процесор спорије извршава програм, али је ова техника знатно ефикаснија него претходне две.

У/И канали и У/И процесори
Фазе еволуције У/И подсистема: CPU директно управља У/И уређајима. Додат У/И контролер. CPU користи програмирани У/И. Иста конфигурација као у фази два али се сада уводи систем прекида.

У/И модулу је омогућен директан приступ меморији помоћу DMA. У/И модул је усавршен и постаје процесор који извршава специјализовани скуп инструкција намењених У/И. У/И модул добија локалну меморију и сам постаје рачунар.

У фази 5 У/И модул се често назива У/И канал, а у фази 6 У/И процесор. Често се оба термина користе за обе фазе (ми ћемо користити У/И канал).

У/И канал представља проширење концепта DMA и има могућност да извршава У/И инструкције које му дају потпуну контролу над У/И операцијама. У оваквом систему CPU не извршава У/И инструкције. Оне се налазе у меморији и извршава их специјали-зовани процесор у самом У/И каналу.

CPU иницијализује У/И пренос налажући У/И каналу да изврши програм у меморији. Програм специфицира уређај(е), област(и) меморијског поростора за смештај података, приоритет и акције које се предузимају у случају грешке. У/И канал извршава те инструкције и управља преносом података.

Постоје два типа У/И канала: Селекторски (за уређаје великих брзина). Мултиплексерски Бајт мултиплексерски, за споре уређаје. Блок мултиплексерски, за брзе уређаје.

Селекторски канал У/И контролер ... Управљачки сигнали ка CPU-у Канал података и адреса ка главној меморији Сл. 6. Селекторски канал.

Мултиплек-серски канал У/И контролер ... Управљачки сигнали ка CPU-у Канал података и адреса ка главној меморији Сл. 7. Мултиплексорски канал.

Организација улаза/излаза

Сличне презентације

Презентација на тему: "Организација улаза/излаза"— Транскрипт презентације:

Сличне презентације

О пројекту

Фидбек

Уђи

Пријави се преко друштвених мрежа:

Организација улаза/излаза

Сличне презентације

Презентација на тему: "Организација улаза/излаза"— Транскрипт презентације:

Сличне презентације

О пројекту

Фидбек