Организация ЭВМ и периферийные устройства

После получения кода устройства процессор находит в памяти и выполняет соответствующую программу обработки прерывания. В дальнейшем механизм прерываний будет рассмотрен подробнее.

Контроллер прямого доступа к памяти (ПДП) обеспечивает обмен данными между оперативной памятью и внешними устройствами (ВУ), например с жёстким диском, без участия центрального процессора. Контроллер ПДП, таким образом, замещает процессор и выполняет прямую пересылку данных между ОП и ВУ.

Процессор программирует контроллер для обмена, для чего задаёт:

• направление передачи (чтение/запись11);

• начальный адрес блока данных в ОП;

• адрес внешнего устройства;

• размер блока данных (количество слов).

Пересылка данных может выполняться в одном из режимов:

• блочная передача: контроллер ПДП монополизирует шину на всё время пересылки блока данных, при этом для ЦП шина недоступна;

• одиночная передача: контроллер ПДП после завершения передачи каждого слова освобождает шину минимум на один цикл, в течение которого шина доступна ЦП, но после обнаружения сигнала запроса от ВУ контроллер ПДП выполняет захват шины для очередной передачи;

• передача по требованию: осуществляется так же, как и блочная передача, но с выполнением дополнительной проверки наличия сигнала запроса ПДП от ВУ, и в случае его отсутствия, передача приостанавливается до момента появления данного сигнала.

Очевидно, что режимы различаются по времени передачи и эффективностью использования процессора. Процессор во время операций ПДП имеет возможность продолжать работу, при условии, что установленный режим обмена не занимает всей пропускной способности системной шины.

Для обозначения прямого доступа к памяти часто используется сокращение DMA от Direct Memory Access. Существуют более производительные разновидности – Ultra DMA. Обмен посредством ПДП меньше загружает процессор, а скорость обмена с использованием ПДП может быть выше, чем посредством процессора (так называемого программируемого обмена или PIO – Programmable Input/Output), поскольку процессор может выделить для обмена только часть всего времени работы.

Также ПДП может осуществляться так называемыми каналами или процессорами ввода/вывода. Они, в отличие от контроллера ПДП, сами выполняют программы ввода-вывода из ОП по указанию ЦП. В дальнейшем механизм прямого доступа к памяти будет рассмотрен подробнее.

Интерфейс аппаратный (Interface) – средство сопряжения двух систем или подсистем, в котором все конструктивные, электрические и логические параметры предварительно согласованы или стандартизованы.

Физически аппаратный интерфейс реализуется обычно в виде разъёма. Основными разновидностями интерфейсов компьютера являются последовательный и параллельный интерфейс.

Последовательный интерфейс – сопряжение, через которое информация передаётся по одному биту за один такт передачи. Примером стандартного последовательного интерфейса может служить интерфейс RS 232, предназначенный для подключения к компьютеру относительно медленных периферийных устройств (модем, мышь). В настоящее время последовательный тип интерфейса используется и для подключения к компьютеру устройств среднего быстродействия, например, накопители на жёстких магнитных дисках (SATA), внешние накопители, сканеры (USB) и т.д.

Параллельный интерфейс – сопряжение, через которое за один такт передаётся два и более бита информации (обычно по одному байту). Примером стандартного параллельного интерфейса является Centronics, используемый для подключения принтера.

Вопросы для самопроверки

1. Поясните назначение и особенности построения оперативной памяти.

2. Поясните назначение и особенности построения кэш-памяти.

3. В чём назначение и основные функции System BIOS компьютера?

4. В чём назначение и основные функции CMOS RAM компьютера?

5. Поясните назначение, функции и состав чипсета компьютера.

6. Поясните назначение и функции контроллера прерываний.

7. Поясните назначение и функции контроллера прямого доступа к памяти.

8. Дайте понятие интерфейса и укажите его основные разновидности.

4. Центральный процессор

4.1. Принципы адресации к памяти в реальном режиме работы процессоров

Особенности адресации в реальном режиме определены следующими факторами.

1. Особенности процессоров i8086/88, впервые применённых в микрокомпьютерах типа IBM PC: эти процессоры содержат 16-разрядные регистры, имеют 20-разрядную шину адреса и, таким образом, могут адресовать 2²⁰ 1 млн слов данных. С учётом того, что внешняя шина данных является 8-разрядной (для i8088), слово данных имеет размер 1 байт, и поэтому максимальный объём адресуемой памяти составляет 1 Мбайт.

2. Сегментная организация памяти и соответствующий механизм адресации. Это позволяет процессору, используя 16-разрядные регистры, формировать 20-разрядные адреса.