Учебно-методический комплекс дисциплины архитектура ЭВМ 090104. 65 «Комплексная защита объектов информатизации»
|
Скачать 1.92 Mb.
|
|
ТЕМА 5. Основные стадии выполнения команды. Рабочий цикл процессора (2 час.) Цели и задачи: Изучить основные стадии выполнения команды. Рассмотреть рабочий цикл процессора. Учебные вопросы: Специфика основных стадий выполнения команды. Рабочий цикл процессора. Учебная информация: Функционирование процессоров в основном состоит из повторяющихся рабочих циклов, каждый из которых соответствует выполнению одной команды программы. Завершив рабочий цикл для текущей команды, процессор переходит к выполнению рабочего цикла для следующей команды программы. В общем виде команды, выполняемые процессором, имеют следующий формат: В зависимости от того, сколько полей содержит адресный код различают команды: безадресные, одноадресные, двухадресные и т.д. Схема рабочего цикла процессора представлена на рисунке. На схеме показаны варианты рабочего цикла для четырех групп команд: основных (арифметические, логические и пересылочные операции); передачи управления; ввода-вывода; системных (устанавливающих состояние процессора, маску прерывания, слово состояния программы и др.) Рабочий цикл начинается с распознавания состояния процессора – «счет» или «ожидание». Далее производится проверка наличия немаскированных прерываний. В состоянии «ожидание» никакие программы не выполняются – процессор ждет поступления прерывания, после чего управление передается прерывающей программе, переводящей процессор в состояние «счет». В состоянии «счет» при наличии немаскированных прерываний происходит выход из нормального рабочего цикла и переход к процедуре обработки запросов прерывания. При отсутствии прерываний в состоянии «счет» последовательно выполняются этапы рабочего цикла: выборка очередной команды и определение по коду операции ее группы, подготовка операндов (формирование исполнительных адресов и выборка операндов из памяти), обработка операндов в АЛУ и запоминание результата. На этапе выборки очередной команды образуется согласно естественному порядку адрес следующей за ней команды (продвинутый адрес), при этом счетчик команд инкрементируется. В процессе выполнения заданной командой операции формируется признак результата операции, используемый командами условного перехода при организации ветвлений в программах. Указанная выше последовательность составляет основной вариант рабочего цикла, реализуемый при выполнении основных команд. При выполнении команд передачи управления проверяется заданное условие. Если условие не выполняется, то следующую команду указывает продвинутый адрес, установленный ранее в СчК. Если условие выполняется, то в СчК передается адрес, заданный командой передачи управления. Команды ввода-вывода инициируют в канале операцию обмена информацией между ядром ЭВМ (основной памятью) и периферийным устройством. Системные команды осуществляют переключения состояния процессора (программы) путем загрузки нового слова в регистр состояния процессора. Вопросы для самопроверки:
Список литературы:
ТЕМА 6. Организация прерываний в ЭВМ (2 час.) Цели и задачи: Изучить организацию прерываний в ЭВМ. Рассмотреть таблицу векторов прерываний. Учебные вопросы: Какова организация прерываний в ЭВМ. Учебная информация: Во время выполнения текущей программы, внутри ЭВМ и в связанной с ней внешней среде (например, в технологическом процессе, управляемом ЭВМ) могут возникать события, требующие немедленной реакции на них со стороны ЭВМ. Реакция состоит в том, что ЭВМ прерывает обработку текущей программы и переходит к выполнению некоторой подпрограмме, специально предназначенной для данного события. По завершении указанной подпрограммы ЭВМ возвращается к выполнению прерванной программы. Принципиально важным является то, что моменты возникновения событий, требующих прерывания программ, заранее неизвестны и поэтому не могут быть учтены при программировании. Каждое событие, требующее прерывания, сопровождается сигналом, называемым запросами прерывания. Возможность прерывания программ — важное архитектурное свойство ЭВМ, позволяющее эффективно использовать производительность процессора при наличии нескольких протекающих параллельно во времени процессов, требующих в произвольные моменты времени управления и обслуживания со стороны процессора. В первую очередь это относится к организации параллельной во времени работы процессора и периферийных устройств машины, а также к использованию ЭВМ для управления в реальном времени технологическими процессами. Основными функциями системы прерывания являются: запоминание состояния прерываемой программы и осуществление перехода к прерывающей программе восстановление состояния прерванной программы и возврат к ней. При наличии нескольких источников запросов прерывания должен быть установлен определенный порядок (дисциплина) в обслуживании поступающих запросов. Другими словами, между запросами должны быть установлены приоритетные соотношения, определяющие, какой из нескольких поступивших запросов подлежит обработке в первую очередь, и устанавливающие, имеет право или не имеет данный запрос прерывать ту или иную программу. Приоритетный выбор запроса для исполнения входит в процедуру перехода к прерывающей программе. Вектором прерывания называется начальный адрес прерывающей программы. В общем случае, каждому запросу прерывания соответствует свой вектор прерывания, способный инициировать выполнение соответствующей прерывающей программы. Векторы прерывания обычно находятся в специально выделенных фиксированных ячейках памяти – таблице векторов прерывания. Процедура организации перехода к прерывающей программе включает в себя выделение из выставленных запросов такого, который имеет наибольший приоритет. Различают абсолютный и относительный приоритеты. Запрос, имеющий абсолютный приоритет, прерывает выполняемую программу и инициирует выполнение соответствующей прерывающей, программы. Запрос с относительным приоритетом является первым кандидатом на обслуживание после завершения выполнения текущей программы. Если наиболее приоритетный из выставленных запросов прерывания не превосходит по уровню приоритета выполняемую процессором программу, то запрос прерывания игнорируется или его обслуживание откладывается до завершения выполнения текущей программы. Простейший способ установления приоритетных соотношений между запросами (уровнями) прерывания состоит в назначении им номеров, при этом прерывания с меньшим номером обладают большим приоритетом. В этом случае приоритет является жестко фиксированным. В ОС MS DOS и MS Windows таблица векторов прерываний занимает 1024 байта и располагается по адресу 0000h:0000h. Каждый 4-байтный элемент таблицы соответствует типу прерывания (от 0 до 0FFH) и содержит сегмент и относительный адрес обработчика прерывания данного уровня. Прерывания от 0 до 1FH (самые нижние уровни) используются как прерывания внутренней аппаратуры; MS-DOS использует прерывания от 20Н до 3FH, все остальные прерывания могут использоваться внешней аппаратурой, системными драйверами и прикладными программами. Если контроллер прерываний или другое устройство посылает в ЦП прерывание через вывод INTR, оно должно также поместить тип прерывания в виде 8-разрядного числа (от 0 до 0FFH) на системную магистраль для передачи в ЦП. Процессор, умножив это число на 4, определяет адрес используемого вектора прерывания и перейдет на обслуживание прерывания. Обслуживание состоит в том, что ЦП, обнаружив сигнал прерывания, помещает в машинный стек слово состояния программы (определяющее различные флаги ЦП), регистр программного сегмента (CS) и указатель команд (IP) и блокирует систему прерываний. Затем ЦП с помощью 8-разрядного числа, установленного на системной магистрали прерывающим устройством, извлекает из таблицы векторов адрес обработчика и возобновляет выполнение с этого адреса. По завершении выполнения подпрограммы обработчика прерывания, ЦП восстанавливает из стека содержимое регистров CS и IP, вследствие чего возобновляется выполнение прерванной программы. Вопросы для самопроверки:
Список литературы:
ТЕМА 7. Каналы и интерфейсы ввода вывода (2 час.) Цели и задачи: Изучить каналы и интерфейсы ввода вывода. Рассмотреть понятие «протокол» - совокупность правил. Учебные вопросы: Специфика каналов и интерфейсов ввода вывода. Учебная информация: Любая ВС реализуются в виде определенной совокупности конструктивно автономных, но информационно взаимосвязанных в единую систему функциональных элементов (ФЭ): различных устройств, блоков, модулей, каждый из которых полностью выполняет некоторую определенную функцию обработки информации. Для любого типа обработки информации, выполняемой в рамках любой ВС, необходимо обеспечить определенный обмен информацией между ФЭ, входящими в ее структуру. Поэтому любой ФЭ, помимо электронных узлов, реализующих его основную функцию обработки информации, должен иметь специальные электронные узлы или аппаратуру, при помощи которых организуется необходимый обмен информацией с другими ФЭ по соответствующим каналам связи (КС). Физическая среда, по которой передаются сигналы, несущие информацию, может быть различной, в частности в качестве такой среды используются различного вида кабели или линии связи (ЛС). ЛС, по которым передаются сигналы, и аппаратура передачи/приема данных образуют упомянутые выше каналы связи. Совокупность всех, в основном унифицированных, технических (аппаратных) и программных средств, обеспечивающих информационное взаимодействие ФЭ, входящих в состав ВС, называется интерфейсом. Иначе говоря, интерфейс – это совокупность канала связи и программных средств, используемых для информационного сопряжения устройств, входящих в состав ВС. Помимо понятий «интерфейс» и «канал связи» часто используются также такие понятия как «протокол». Протокол – это совокупность правил, определяющих взаимодействие ФЭ системы и описывающих способ выполнения определенного класса функций сопряжения, т.е. интерфейсных функций. Для того, чтобы иметь возможность использовать в ВС различные унифицированные ФЭ в первую очередь необходимо обеспечить их совместимость с точки зрения организации процедуры обмена информацией, т.е. необходимо унифицировать аппаратные и программные средства, организующие обмен информацией между ФЭ. Совместимость унифицированных ФЭ обеспечивается, так называемыми, стандартными интерфейсами (СИ), стыками и протоколами. Последнее заставляет уделять огромное внимание интерфейсам при проектировании и использовании средств ВТ. Внешние интерфейсы или каналы ввода-вывода это группа интерфейсов (средств сопряжения) позволяющих расширять функциональные возможности ВС, за счет подключения различного периферийного оборудования, и обеспечения коммуникации с другими компьютерами. К интерфейсам этой группы относятся LPT-, СОМ-, GAME- и MIDI-порты, шины SCSI, USB и FireWire, а также интерфейсы локальных сетей и вспомогательные интерфейсы J2С и JTAG. Обзор интерфейсов ввода вывода Основоположником группы внешних интерфейсов является последовательный интерфейс СОМ-порта RS-232C, пришедший от удаленных терминалов, и использующийся ранее даже для подключения принтеров. Впоследствии из принтерных интерфейсов последовательный RS-232C был вытеснен более производительным параллельным интерфейсом Centronics, реализуемым LPT-портом. По мере роста разрешающей способности принтеров, расширении номенклатуры и требований устройств ввода (сканеры, дигитайзеры) и устройств с двунаправленным характером обмена (внешние диски, скоростные модемы) производительности указанных интерфейсов оказалось недостаточно. Вместе с тем оказалось, что повысить производительность внешних интерфейсов можно обратным переходам на последовательный интерфейс, который снимает проблемы изготовления многопроводных кабелей и многоконтактных соединителей с нормированными параметрами задержек сигналов. Эти предпосылки привели к появлению последовательных шин USB и FireWire, решающих многие проблемы подключения компьютерной периферии: преодоление ограничения производительности; упрощение подключений – минимизация количества и ассортимента соединительных кабелей; экономия ресурсов ЭВМ – адресов портов, каналов ДМА и линий запросов прерываний, необходимых для подключения традиционных адаптеров; полная поддержка технологии Plug and Play. USB (Universal Serial Bus) –последовательная шина подключения внешних периферийных устройств среднего быстродействия (включая клавиатуру, мышь и другие устройства), обеспечивающая двунаправленную передачу информации. Двухпроводной интерфейс обеспечивает скорость передачи 1.5 или 12 Мбит/с. Устройства подключаются по топологии дерева, используя хабы-разветвители. Вследствие недостаточной производительности USB для цифровой передачи живого видеоизображения, на ее базе был создана высокопроизводительная последовательная шина FireWire (IEEE 1394). Этот интерфейс с производительностью от 100 Мбит/с и выше (до 1,6 Гбит/с) предназначен для подключения дисков, стримеров, сканеров, цифровых видеоустройств и т. п. SCSI (Small Computer System Interface, произносится «скази») – интерфейс системного уровня, стандартизованный ANSI. SCSI-шина реализуется в виде кабельного шлейфа, который допускает соединение до 8 устройств внутреннего и внешнего исполнения. К шине могут подключаться дисковые внутренние и внешние накопители (винчестеры, сменные винчестеры, CD-ROM, магнитооптические диски и др.), стримеры, сканеры и другое оборудование, требующее интенсивного обмена данными. Интерфейс игрового адаптера (GAME-порта) отличается от описанных выше тем, что помимо вода значений дискретных (4 бита) сигналов, используется для ввода и аналоговых сигналов (величины сопротивления 4 резисторов). Изначально порт был предназначен для подключения джойстиков и других игровых устройств ввода, но может использоваться для подключения и других датчиков. Характеристики современных интерфейсов ввода-вывода По способу передачи информации интерфейсы подразделяются на параллельные и последовательные. В параллельном интерфейсе все биты передаваемого слова (обычно байта) передаются по нескольким ЛС одновременно (интерфейс Centronics – LPT-порт). В последовательном интерфейсе биты передаются друг за другом обычно по одной ЛС (интерфейс RS-232C – СОМ-порт ЭВМ). Важным параметром интерфейсов является пропускная способность, что обусловлено ростом объемов передаваемой информации. Очевидно, что при одинаковом быстродействии приемопередающих цепей и пропускной способности ЛС по скорости передачи данных параллельный интерфейс должен превосходить последовательный. Однако повышение производительности за счет увеличения тактовой частоты передачи данных не дает желаемого эффекта, поскольку в случае параллельного интерфейса начинают проявляться такие недостатки как «перекос» сигнала, искажение уровня сигналов и т.д. Для интерфейса, соединяющего два устройства, различают три возможных режима обмена – дуплексный, полудуплексный и симплексный. Дуплексный режим позволяет по одному каналу связи одновременно передавать информацию в обоих направлениях. Полудуплексный режим позволяет передавать информацию в противоположных направлениях поочередно. Симплексный (односторонний) режим предусматривает только одно направление передачи информации. Другим немаловажным параметром интерфейса является допустимое удаление соединяемых устройств. Оно ограничивается как частотными свойствами кабелей, так и помехозащищенностью интерфейсов. Параллельные интерфейсы чаще накладывают более жесткие ограничения на этот параметр, например, RS-232C позволяет использовать кабели длиной в десятки метров, в то время как Centronics ограничен в длине единицами метров. Как правило, чем длиннее соединительный кабель, тем ниже предел его пропускной способности, т.е. если с длинным кабелем возникают проблемы передачи, то необходимо либо менять кабель на более качественный или (и) короткий, либо снижать физическую скорость обмена С появлением USB и FireWire в качестве характеристики интерфейса стала фигурировать топология соединения Для интерфейсов RS-232C и Centronics практически однозначно применялась двухточечная топология PC – устройство (или PC – PC). USB и FireWire реализуют древовидную топологию, в которой внешние устройства могут быть как оконечными, так и разветвителями. Эта топология позволяет подключать множество устройств к одному порту USB или FireWire. Вопросы для самопроверки:
Список литературы:
|
Похожие:
 |
Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Защита информационных процессов в компьютерных системах 090104. 65 – Комплексная защита объектов информатизации Форма подготовки... |
 |
Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Системы и сети связи 090104. 65 – Комплексная защита объектов информатизации Форма подготовки очная |
|
Учебно-методический комплекс дисциплин по дисциплине «Веб-дизайн» По дисциплине «Веб-дизайн» 090104. 65 – Комплексная защита объектов информатизации Форма подготовки очная |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «защита прав потребителей» Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «Практикум на эвм» Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного стандарта высшего профессионального образования... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «технология и комплексная... Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины информатика и ЭВМ в психологии... Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «организационное поведение» Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «Торговое оборудование» Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «Русский язык и культура речи» Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «Системное программное обеспечение» Учебно-методический комплекс дисциплины составлен на основании требований государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «Релейная защита и автоматизация» Целью изучения дисциплины является подготовка инженеров в области релейной защиты и автоматики систем электроснабжения |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины Учебно-методический комплекс дисциплины составлен на основании государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины Учебно-методический комплекс дисциплины составлен на основании государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Учебно-методический комплекс дисциплины составлен на основании требований государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
|
Учебно-методический комплекс дисциплины «римское право» Учебно-методический комплекс дисциплины составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего... |