11. Режим прерывания и прямого доступа к памяти.

Реализация режима прерывания включает следующие шаги:

• Идентификация источника прерывания;

• Сохранение текущего состояния прерываемой программы;

• Запрещение повторных прерываний от установленного источника прерывания;

• Выполнение программы обработки прерывания;

• Восстановление состояния прерванной программы и продолжение вычислений.

В вычислительных системах используется два способа организации обмена данными между внешним устройством и памятью. Первый способ - программируемый ввод-вывод (PIO). В этом режиме ввод и вывод данных осуществляет процессор, используя для пересылки свои внутренние регистры. Процессор читает данные из порта (регистра) внешнего устройства и записывает его в нужную область памяти, или наоборот, читает данные из памяти и передает их внешнему устройству (дисковый накопитель, например). Режим PIO определяет, с какой скоростью данные передаются от диска к памяти и от памяти к диску. Второй способ- прямой доступ к памяти (DMA -Direct Memory Access). Для реализации режима прямого доступа к памяти, внешнее устройство должно отправить процессору запрос (поэтому такому устройству должна быть выделена специальная линия запроса прерывания).Процессор программирует специальный контроллер (контроллер DMA) на обслуживание работы внешнего устройства в режиме прямого доступа к памяти. Он задает адрес памяти, размер передаваемого блока данных, направление передачи (чтение или запись), после чего дает команду на выполнение. Пересылкой данных управляет контроллер DMA. Процессор, в это время, может продолжить выполнение прерванной программы, но доступа к памяти он не имеет и не может вмешаться в процесс обмена, пока контроллер не закончит передачу данных и не выдаст соответствующего сообщения. Режимы контроллера DMA позволяют передавать данные как по одному слову (Single Word), так и по несколько сразу (Multi Word). Передача данных со скоростью до 16.6 Мбайт/c - обычный протокол, со скоростью 66 Мбайт/c (или 100) - протокол UltraDMA.

12. Программируемый блок приоритетных прерываний.

Поскольку прерывания распознаются только после выполнения текущей команды, запросить прерывание может более чем один источник прерывания. В этом случае прерывания будут обслуживаться согласно (уровню) приоритету. Использование приоритетов прерываний позволяет системотехнику отлаживать свои собственные обработчики исключений.

Прерывание микропроцессора осуществляет ИМС, называемой программируемым контроллером приоритетных прерываний (ПКП). Этот контроллер реализует следующие функции:

• принимает сигналы, называемые запросами прерываний;

• вырабатывает сигнал прерывания микропроцессора;

• формирует для микропроцессора команду перехода к подпрограмме обработки запроса (обработчика прерываний).

13. Структура и принцип работы устройства управления «с гибкой логикой».

Системы на «гибкой логике» являются универсальными, программируемыми, они хороши там, где часто меняются решаемые задачи, где высокое быстродействие не слишком важно, где алгоритмы обработки информации сложные. К ним относятся МПС. Программная реализация функций системы значительно медленнее, но обеспечивает высокую гибкость и не увеличивает стоимость системы и ее энергопотребление.

Гибкость МПС обусловлена тем, что функции, выполняемые системой, определяются программой (программным обеспечением, software), которую выполняет процессор. Аппаратура (аппаратное обеспечение, hardware) остается неизменной при любой задаче. Записывая в память системы программу, можно заставить микропроцессорную систему выполнять любую задачу, поддерживаемую данной аппаратурой. К тому же шинная организация связей микропроцессорной системы позволяет легко заменять аппаратные модули (заменять память на новую большего объема или более высокого быстродействия, добавлять или модернизировать устройства ввода/вывода, заменять процессор на более мощный). Также настраиваться на задачу помогает выбор режима работы системы (режима обмена информацией по системной магистрали (шине)).

Структура МПС

Основа МПС - микропроцессор. Связь устройств ЭВМ между собой осуществляется с помощью интерфейсов (совокупность программных и аппаратных средств, предназначенных для передачи информации между компонентами ЭВМ и включающих в себя электронные схемы, линии, шины и сигналы адресов, данных и управления, алгоритмы передачи сигналов и правила интерпретации сигналов устройствами). Основным способом организации МПС является магистрально-модульный: все устройства, включая и микропроцессор, представляются в виде модулей, которые соединяются между собой общей магистралью. Каждый модуль подключается к магистрали посредством специальных интерфейсных схем (контроллеров).

Три основных режима обмена по магистрали:

1.Программный обмен информацией - является основным в любой микропроцессорной системе. Все сигналы на магистрали контролируются процессором. Все операции (циклы) обмена информацией инициируются только процессором, и выполняются строго в порядке, предписанном исполняемой программой. Ни на какие внешние события, не связанные с программой, процессор не реагирует.

2.Обмен с использованием прерываний (Interrupts) – используется, когда необходима реакция микропроцессорной системы на какое-то внешнее событие, на приход внешнего сигнала.

3.Обмен с использованием прямого доступа к памяти (ПДП, DMA — Direct Memory Access) — обмен по системной шине идет без участия процессора. Операция ПДП сводится к пересылке информации из устройства ввода/вывода в память или же из памяти в устройство ввода/вывода. Когда пересылка информации будет закончена, процессор вновь возвращается к прерванной программе, продолжая ее с той точки, где его прервали. Происходит при участии контроллера ПДП.

Взаимодействие микропроцессора с оперативной памятью (ОП) и внешними устройствами (ВУ).

Микропроцессор формирует адрес внешнего устройства или ячейки оперативной памяти и вырабатывает управляющие сигналы - либо IOR/IOW при обращении на чтение/запись из внешнего устройства, либо MR/MW для чтения/записи из оперативной памяти.

Возможны два основных способа организации адресного пространства микропроцессорной системы:

1. с общим адресным пространством внешних устройств и оперативной памяти (к портам ввода/вывода можно обращаться как к ячейкам оперативной памяти);

2. с независимыми адресными пространствами.