Основные характеристики шины

Разрядность шины определяется числом параллельных проводников, входящих в нее.

Пропускная способность шины определяется количеством байт информации, передаваемых по шине за секунду. Для определения пропускной способности шины необходимо умножить тактовую частоту шины на ее разрядность.

Внешние устройства к шинам подключаются посредством интерфейса (Interface —сопряжение), представляющего собой совокупность различных характеристик какого-либо периферийного устройства ПК, определяющих организацию обмена информацией между ним и центральным процессором

Шина PCI была разработана фирмой Intel для процессора Pentium и представляет собой

совершенно новую шину. Основополагающим принципом, положенным в основу шины PCI, является применение так называемых мостов (Bridges), которые осуществляют связь между шиной PCI и другими типами шин.

1. Внутрисистемные интерфейсы. Являются группой интерфейсов, которая обеспечивает взаимодействие элементов ядра вычислительной системы и должно удовлетворять критерию максимальной производительности.

2. Системные интерфейсы. Объеденяют элементы ядра и элементы системы в/в, служат для развития системы. Это различные системные шины ISA, PCI Express и тд.

3. Стандартные(Универсальные) периферийные интерфейсы. Характерен только для систем ввода-вывода и позволяет объединить процессор ввода-вывода и контроллер ввода-вывода. Характеристики стандартного интерфейса отличаются от предыдущих 2-х групп: критерием является удобство и эффективность управления большим числом периферийных устройств USB.

4. Специализированные интерфейсы. Проектируются под конкретное устройства это например дисковод, мышь(старый вход), клава(стар вход)

5. Интерфейсы систем передачи данных. Используются для связи удаленных периферийных устройств с вычислительной системой или связи ЭВМ между собой. Примеры: Wi-Fi, Bluetooth, Ethernet)

6. Интерфейсы локальных сетей???

7. Интерфейсы распределенных систем управления. Интерфейсы распределенных сигналов управления контроллерных сетей. Например CAN

(сеть контроллеров) — стандарт промышленной сети, ориентированный прежде всего на объединение в единую сеть различных исполнительных устройств и датчиков).

6. Периферийные устройства. Устройства ввода и вывода, способы обмена

информацией.

Периферийные устройства – устройства обработки информации управляемые процессорами или контроллерами, предназначенные для связи вычислительных систем с внешним миром.

ПУ предназначены для преобразования и представления информации в нужном виде

Виды интерфейсов:

- аппаратные

- программные

- пользовательские

Аппаратные - это совокупность алгоритмов обмена и технических средств, обеспечивающих обмен между устройствами.

Программные – это соглашение о связях в программной среде между программными модулями.

Пользовательские – это сценарии по которым строится общение оператора с вычислительной системой, стиль реализации этих сценариев.

Классификация ПУ

В зависимости от выполняемых функций их делят на основные и дополнительные.

Основные – это устройства без которых не может функционировать вычислительная система (периферийное устройство и системное устройство). Дополнительные устройства используются для расширения функциональных возможностей и улучшения работы.

По функциональному назначению:

- адаптеры ввода/вывода: устройства связи

- коммуникационные адаптеры (устройства обеспечивающие сопряжение по стандартному интерфейсу)

- средства локальной связи и передачи данных на большие расстояния

- устройства связи с пользователем включают:

а. устройства ввода

б. устройства вывода

в. Устройства диалогового взаимодействия с пользователем

- накопители с различными внешними запоминающими устройствами.

У ПУ можно выделить следующие характерные этапы работы:

— подготовка кванта информации,

— передача подготовленного кванта между регистром данных (РгД) ПУ и соответствующим регистром в центральной части СВВ;

— ожидание (для некоторых типов ПУ), в течение которого действия в ПУ приостанавливаются до получения сигналов разрешения от ЦУ. Переход от этапа к этапу осуществляется под воздействием сигналов управления в определенной последовательности, повторяющиеся элементы которой образуют полный цикл работы ПУ. В общем случае полный цикл ПУ, состоит из этапов подготовки, ожидания и передачи.

Характерной особенностью ПУ этого типа является обмен достаточно большими квантами информации — блоками, состоящими из множества байт.

В соответствии с характером цикла все ПУ делятся на группы синхронных и асинхронных устройств. Для синхронных ПУ цикл постоянен и обычно включает в себя только два этапа: подготовки и передачи. Для асинхронных ПУ цикл имеет переменную длительность, причем непостоянство длительности полного цикла ПУ объясняется непостоянством времени подготовки или ожидания. В любом обмене участвуют два устройства — передатчик и приемник; моменты времени передачи и приема (с учетом задержки на линиях связи) должны совпадать.

Пример устройств.

· Дисплей, рассматривается как устройство вывода графической, текстовой и видео информации и подключается к выходному разъему графического адаптера. Компьютер может обеспечивать подключение одного и более дисплеев или использовать обычный телевизор при обеспечении его работы соответствующим интерфейсом.

· Клавиатура – устройство ввода информации, подключаемое к специализированному интерфейсу системной платы или по шине USB.

· Принтеры и плоттеры – Устройства вывода текстовой и графической информации на бумагу или пленку. Подключаются к портам LPT, COM или USB. Обеспечивают высокую геометрическую точность вывода информации.

7. Процессоры IA-32. Регистры, адресация, команды, язык ассемблера.

Программная модель включает восемь регистров общего назначения, шесть регистров сегментов, указатель команд, регистр системных флагов, регистры системных адресов, четыре регистра управления и шесть регистров отладки.

Восемь регистров общего назначения имеют длину в 32 бит. Они поддерживают операнды-данные длиной 1, 8, 16, 32 и (при использовании двух регистров) 64 бит; Эти регистры называются EAX, EBX, ECX, EDX, ESI, EDI, EBP, ESP. Доступ к младшим 16 бит при использовании имен: AX, BX, CX, DX, SI, DI, BP и SP. Также могут использоваться 8 младших бит и 8 старший регистров AX, BX, CX, DX. Им соответствуют обозначения AH, DH, CH, BH и AL, DL, CL, BL.

Хотя ESP относится к регистрам общего назначения, он содержит указатель на вершину стека и не используется для других целей.

Некоторые регистры имеют специальное назначение:

EAX - аккумулятор, операнд-источник или приемник результата;

EBX - указатель на данные в сегменте DS;

ECX - счетчик для цепочечных (например, MOVS) и циклических (с префиксом REP) инструкций;

EDX - адрес порта ввода-вывода для инструкций IN/INS, OUT/OUTS;

ESI - указатель на операнд-источник в сегменте DS для цепочечных инструкций;

EDI - указатель на операнд-приемник в сегменте ES для цепочечных инструкций;

EBP - указатель на данные в сегменте SS.

Сегментные регистры являются 16 битными используются для формирования линейных адресов памяти вместе со значением смещения(например для регистра SS, регистром смещение является ESP) преобразования получают физический адрес(или гостевой физический если используется несколько виртуальных машин и тогда используют преобразование - EPT)).

Регистр CS хранит селектор сегмента кода. Регистр SS хранит селектор сегмента стека. Стек используется для передачи параметров подпрограммам и для сохранения адреса возврата при вызове подпрограммы или обработчика прерывания

Регистры DS, ES, FS и GS хранят селекторы сегментов данных.

Указатель команд (EIP) является 32-разрядным регистром. Он содержит смещение следующей команды, подлежащей выполнению. Относительный адрес отсчитывается от адреса исполнимой команды.

Регистр системных флагов EFLAGS содержит группу флагов состояния, управления и системных флагов. Некоторые из флагов могут быть изменены специально предназначенными для этой цели инструкциями. Для изменения или проверки группы флагов можно воспользоваться следующими командами:

Регистры управления сегментированной памятью, известные также как регистры системных адресов, указывают на структуры данных, которые управляют механизмом сегментированной памяти. Они определены для ссылок на таблицы или сегменты, поддерживаемые моделью защиты МП.

Регистра таблицы глобальных дескрипторов gdtr имеющего размер 48 бит и содержащего 32-битовый базовый адрес глобальной дескрипторной таблицы и остальные биты размер в байтах таблицы дескрипторов;

Регистра таблицы локальных дескрипторов ldtr имеющего размер 16 бит и является указателем в таблице GDT, который и описывает сегмент, содержащий локальную дескрипторную таблицу LDT;

16-битового регистра задачи tr (Task Register), который подобно регистру ldtr, указатель на дескриптор в таблице GDT. Который описывает состояние задачи.

Четыре 32-разрядных регистра управления CR0-CR4, хранят флаги состояния или глобальные флаги процеессора.

Шесть доступных регистров отладки (DR0-DR3, DR6, DR7, регистры DR4 и DR5 зарезервированы) расширяют возможности отладки. Они устанавливают точки останова по данным и позволяют устанавливатьзадавать точки останова по командам без модификации сегментов программ. Регистры DR0-DR3 предназначены для хранения четырех линейных адресов точек останова. Регистр DR6 отражает текущее состояние точек останова. Регистр DR7 задает условие для точек останова.

Полный код команды процессоров архитектуры IA-32 состоит из набора префиксов, кода операции, байта ModR/M, байта SIB, полей отклонения и непосредственного операнда. Все эти части кода команды, за исключением кода операции, являются необязательными. Общая длина кода команды ограничена 15 байтами, а её формат приведён на рисунке.

Общий формат кода команды процессоров архитектуры IA-32

Префикс - необязательная часть инструкции, позволяет изменить некоторые особенности ее выполнения. В команде может быть использовано сразу несколько префиксов разного типа. Типы префиксов:

Байт "Mod R/M" определяет режим адресации, а также иногда дополнительный код операции. Необходимость байта "Mod R/M" зависит от типа инструкции.

Байт SIB (Scale-Index-Base) определяет способ адресации при обращении к памяти в 32-битном режиме.

• непосредственно в коде инструкции (только операнд-источник);
• в одном из регистров;
• через порт ввода-вывода;
• в памяти.

Язык ассемблер – опишу базовые команды языка.

MOV - копирует второй операнд (источник) в первый операнд (приемник) (MOV xxx, xxx)

; - за точкой с запитой идут комментарии.

DB, DW определение слова или байта, например idx DB 15h, теперь idx = 15h

EQU – определение константы cidx EQU 15h

ADD - Прибавить второй операнд к первому.

SUB - Вычесть второй операнд из первого.

AND - Логическое И между всеми битами двух операндов.

OR - Логическое ИЛИ между всеми битами двух операндов.

XOR - Логическое исключающее ИЛИ между всеми битами двух операндов.

MUL - беззнаковое умножение: если операнд - это байт: AX = AL * операнд, если операнд - это слово: (DX AX) = AX * операнд.

DIV - беззнаковое деление: если операнд - это байт: AL = AX / операнд AH = остаток (модуль). если операнд - это слово: AX = (DX AX) / операнд DX = остаток (модуль).

NOT – инвертирует биты операнда

JMP – безусловный переход по метке например:

JMP calc; перейти к 'calc'.

calc:

PUSH – записать в стек

POP – извлечь из стека

Процедура

имя PROC
; здесь находится
; код процедуры...
RET
имя ENDP

В ассемблере существует и много других команд, в основном которые специфичны, для разных компиляторов, устройств, OC(например команды прерывания ассемблера).

8. Средства аппаратной поддержки управления памятью в микропроцессорах Intel

Основная задача – преобразование логического (линейного) адреса в физический адрес.

Логический адрес состоит из двух составляющих: из 16-разрядного сегмента и 16-разрядного смещения.

Получение физического адреса, может немного различаться в различных процессорах Intel!! Приведу приме на процессоре Intel 8086 имеющем 20 разряд адрес. Получение физического адреса: сегментная составляющая сдвигается на 4 разряда влево. К смещению слева добавляется 0000 и затем числа складываются.

Таким образом, можно адресовать в DOS: или .

Только с появлением 80286 появилась возможность работы с верхней памятью (HMA). В DOS вся память делится на смежные блоки. Каждый блок начинается с 16-байтного заголовка. В заголовке указывается размер каждого блока в параграфах и имя программы, которая является владельцем этого блока. Если в качестве имени указано SC – значит системный код, если SD – системные данные. Как правило, SD является первым блоком в MCB. Первый байт каждого заголовка подблока начинается с символа, который определяет тип системных данных.