Полная версия

Главная arrow Информатика

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Модель функционировании ЭВМ с магистральной архитектурой

По одной из классификаций все устройства ЭВМ делятся на центральные и периферийные. Центральные устройства полностью электронные, периферийные устройства могут быть либо электронными, либо электромеханическими с электронным управлением.

В состав центральных устройств ЭВМ входят: центральный процессор, основная память и ряд дополнительных узлов, выполняющих служебные функции: контроллер прерываний, таймер и контроллер прямого доступа к памяти (ПДП).

Периферийные устройства делятся на два вида: внешние ЗУ и устройства ввода-вывода (УВВ).

В центральных устройствах основным узлом, связывающим микропроцессорный комплект (комплекс интегральных схем) в единое целое, является системная магистраль. Она состоит из трех узлов, называемых шинами: шина данных (ШД), шина адреса (ША), шина управления (ШУ).

В состав системной магистрали входят:

  • - регистры-защелки, в которых запоминается передаваемая информация;
  • - шинные формирователи;
  • - шинные арбитры, определяющие очередность доступа к системной магистрали, и др.

Логика работы системной магистрали, количество разрядов (линий) в шинах данных, адреса и управления, порядок разрешения конфликтных ситуаций, возникающих при одновременном обращении различных устройств ЭВМ к системной магистрали, образуют интерфейс системной шины.

Модель представления функционирования ЭВМ с магистральной архитектурой представлена на рисунке 5.2.

Начальный процесс. Управляющая работой ЭВМ программа перед началом выполнения загружается в основную память (Рисунок 5.2, процесс 0). Адрес первой выполняемой команды передается процессору и запоминается в счетчике команд.

Процесс 0

Рис. 5.2 Процесс 0

Процесс 1. Начало работы процессора заключается в том, что адрес из счетчика команд (в котором всегда хранится адрес очередной команды) выставляется на шину адреса системной магистрали. Одновременно на шину управления выдается команда «выборка из ОП», которая воспринимается основной памятью (Рисунок 5.2, процесс 1).

Процесс 1

Рис. 5.2 Процесс 1

Процесс 2. Получив с шины управления системной магистрали команду, основная память считывает адрес с шины адреса, находит ячейку с этим номером и ее содержимое выставляет на шину данных, а на шину управления выставляет сигнал о выполнении команд (Рисунок 5.2, процесс 2).

Процесс 2

Рис. 5.2 Процесс 2

Процесс 3. Процессор, получив по шине управления сигнал об окончании работы ОП, вводит число с шины данных на внутреннюю магистраль процессора и через нее пересылает введенную информацию в регистр команд.

В регистре команд полученная команда разделяется на кодовую и адресную части. Код команды поступает в блок управления для выработки сигналов, настраивающих МП на выполнение заданной операции, и для определения адреса следующей команды (который сразу заносится в счетчик команд).

Процессы 4, 5 и 6. Адресная часть команды выставляется на шину адреса системной магистрали и сопровождается сигналом «выборка из ОП» на шине управления. Выбранная из ОП информация через шину данных поступает на внутреннюю магистраль МП, с которой вводится в арифметическое устройство. На этом заканчивается подготовка МП к выполнению операции, и начинается ее выполнение в АЛ

Процессы 4,5,6

Рис. 5.2 Процессы 4,5,6

Процесс 7. Результат выполнения операции выставляется микропроцессором на шину данных, на шину адреса выставляется адрес ОП, по которому этот результат необходимо записать, а на шину управления выставляется команда «запись в ОП». Получив с шины управления команду, ОП считывает адрес и данные с системной магистрали, организует запись данных по указанному адресу и после выполнения команды выставляет на шину управления сигнал, обозначающий, что число записано (Рисунок 5.2, процесс 7).

Процесс 7

Рис. 5.2 Процесс 7

Процесс 8. Процессор, получив этот сигнал, начинает выборку очередной команды: выставляет адрес из счетчика команд на шину адреса, формирует команду «выборка из ОП» на шине управления и т.д.

В каждом цикле, получив команду в регистр команд и выделив код операции, процессор определяет, к какому устройству она относится. Если команда должна выполняться процессором, организуется ее выполнение по описанному циклу. Если же команда предназначена для выполнения в другом устройстве ЭВМ, центральный процессор (ЦП) передает ее соответствующему устройству.

Процесс передачи команды другому устройству предусматривает следующие действия:

  • 1. ЦП выставляет на шину адреса системной магистрали адрес интересующего его устройства. По шинам управления передается сигнал «поиск устройства».
  • 2. Все устройства, подключенные к системной магистрали, получив этот сигнал, читают номер устройства с шины адреса и сравнивают его со своим номером. Устройства, для которых эти номера не совпадают, на эту команду не реагируют.
  • 3. Устройство с совпавшим номером вырабатывает сигнал отклика по шине управления.
  • 4. ЦП, получив сигнал отклика, в простейшем случае выставляет имеющуюся у него команду на шину данных и сопровождает ее по шине управления сигналом «передаю команду».
  • 5. Получив уведомление о приеме команды, ЦП переходит к выполнению следующей своей команды, выставляя на шину адреса содержимое счетчика команд.

В более сложных случаях, получив уведомление, что устройство откликнулось, прежде чем передавать следующую команду, ЦП запрашивает устройство о его состоянии. Текущее состояние устройства закодировано в байте состояния, который откликнувшееся устройство передает процессору через ШД системной магистрали. Если устройство включено и готово к работе, то байт состояния - нулевой. Наличие в нем единиц свидетельствует о нештатной ситуации, которую ЦП пытается проанализировать и в необходимых случаях извещает оператора о сложившейся ситуации.

Взаимодействие процессора с внешними устройствами предусматривает выполнение логической последовательности действий, связанных с поиском устройства, определением его технического состояния, обменом командами и информацией. Эта логическая последовательность действий вместе с устройствами, реализующими ее, получила название интерфейс ввода-вывода.

Для различных устройств могут использоваться разные логические последовательности действий, поэтому интерфейсов ввода-вывода может в одной и той же ЭВМ использоваться несколько. Если их удается свести к одному, универсальному, то такой интерфейс называется стандартным. Например, в ЭВМ типа IBM PC есть два стандартных интерфейса для связи ЦП с внешними устройствами: параллельный (типа Centronics) и последовательный (типа RS-232).

Интерфейсы постоянно совершенствуются, поэтому с появлением новых ЭВМ, новых внешних устройств и даже нового программного обеспечения появляются и новые интерфейсы.

Если продолжение выполнения основной программы центральным процессором при обращении ЦП к внешнему устройству возможно только после завершения операции ввода-вывода, то ЦП, запустив внешнее устройство, переходит в состояние ожидания и находится в нем до тех пор, пока внешнее устройство не сообщит ему об окончании обмена данными. Это приводит к простою большинства устройств ЭВМ, так как в каждый момент времени может работать только одно из них. Такой режим работы получил название однопрограммного - в каждый момент времени все устройства находятся в состоянии ожидания, и только одно устройство выполняет основную (и единственную) программу.

Для ликвидации таких простоев и повышения эффективности работы оборудования внешние устройства сделаны автономными. Получив от ЦП необходимую информацию, они самостоятельно организуют свою работу по обмену данными. Процессор же, запустив внешнее устройство, пытается продолжить выполнение программы. При необходимости (если встретятся соответствующие команды) он может запустить в работу несколько других устройств (так как внешние устройства работают значительно медленнее процессора). Если же ему приходится переходить в режим ожидания, то, пользуясь тем, что в ОП может одновременно находиться не одна, а несколько программ, ЦП переходит к выполнению очередной программы. При этом создастся ситуация, когда в один и тот же момент времени различные устройства ЭВМ выполняют либо разные программы, либо разные части одной и той же программы, такой режим работы ЭВМ называется многопрограммным.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>