12. ulazno-izlazni podsustav raČunala • načini izmjene

S. Ribarić, AIOR 1

12. ULAZNO-IZLAZNI PODSUSTAV RAČUNALA

• Načini izmjene podataka između računala i vanjske logike• Ulazno-izlazni podsustav• DMA (Direct Memory Access) – Izravni pristup memoriji• Iznimke i prekidi

S. Ribarić, AIOR 2

Načini izmjene podataka između računala i vanjske logike:

• Programirani U/I- uvjetni- bezuvjetni

• Prekidni U/I prijenos

• Izravni pristup memoriji (DMA)

S. Ribarić, AIOR 3

•Programirani U/I- uvjetni- bezuvjetni

• Prekidni U/I prijenos

S. Ribarić, AIOR 4

Izravni pristup memoriji (DMA)

S. Ribarić, AIOR 5

Ulazno-izlazni sustav (U/I sustav)

Zadatak: Prijenos informacije (podataka) između memorijeili CPU-a i vanjskog svijeta

U/I sustav: - U/I uređaji (periferni uređaji)- upravljačka jedinica U/I uređaja- programska oprema (“drajveri”) posebno dizajnirana za podršku U/I operacija

S. Ribarić, AIOR 6

Klasifikacija U/I sustava prema uključenosti CPU-a u izvođenjeU/I operacija:

• U/I operacije pod potpunim upravljanjem CPU-aCPU izvodi programe koji započinju, vode i završavaju U/Ioperacije

• U/I uređaj može imati sklopove koji generiraju zahtjeve zaposluživanje – prekidni U/I prijenos

S. Ribarić, AIOR 7

Uvjetni programirani U/I prijenosKoraci:1. Pročitaj status U/I uređaja2. Ispitaj statusi utvrdi da li je uređaj spreman za prijenos3. Ako nije spreman vrati se n KORAK 1.

ako je spreman započni prijenos

S. Ribarić, AIOR 8

WAIT: TSK 1

JMP WAIT

IN 2

S. Ribarić, AIOR 9

Programski odsječak za Intel 8080

WAIT: IN 1 ; Pročitaj I/O status i unesi ga u acc.CPI READY ; Usporedi ga usputno s maskomJNZ WAIT ; Ako je zastavica Z≠ 0 skoči na WAITIN 2 ; pročitaj podatak s vrata 2

S. Ribarić, AIOR 10

• U/I uređaj (podržan dodatnim sklopovima) ima sposobnost prijenosa bloka podataka bez intervencije CPU-a:

- U/I uređaj (ili upravljački sklop U/I uređaja) generiraadrese podataka koji se prenose (npr. glavnom sabirnicom)

- ima sklopovlje za zahtijevanje sabirnice

CPU još uvijek je odgovoran za započinjanje prijenosa svakogbloka podataka

• DMA – sve ili skoro sve funkcije upravljanja U/I mogu bitiprenijete s CPU-a na posebnu U/I jedinicu – U/I procesor iliU/I kanal


• U/I uređaj izvodi prijenos bez izvođenja programa u CPUCPU i U/I uređaj komuniciraju samo kada CPU treba U/I uređaju predati upravljanje sabirnicom

Izravni pristup memoriji


Veliki računalni sustavi


Mali računalni sustavi


U/I krug


Multiprogramiranje – dopušta da se nekoliko nezavisnih programa odvija istodobno u istom računalu – npr. jedan od programa podržava U/I prijenos

Kratka povijest:

C. Strachey (1959.) – obrada dodjeljivanjem vremena (engl.timeshared)

TX-2, Lincoln Lab., (1957.) - prekidni sustav za upravljanjeU/I operacijama

CDC 6600 (1964.) - periferijski U/I procesori


Izravan pristup memoriji (DMA)


Koraci:

1. CPU izvodi dvije I/O instrukcije – definira sadržaje IOAR iDC – faza inicijalizacije

2. Kad je U/I uređaj spreman za prijenos aktivira DMA request/CPU čeka slijedeću DMA ispitnu točku i oslobađa sabirnicu podataka i adresnu sabirnicu/

3. CPU generira DMA acknowledge4. U/I uređaj prenosi5. Ako DC nije 0 a uređaj U/I nije više spreman za slanje ili

primanje podataka tada DMA vraća upravljanje CPU-u takoda dezaktivira DMA request linju

6. Ako je DC = 0 , U/I uređaj vraća upravljanje CPU-u. U/Iuređaj može poslati zahtjev za prekid CPU-u. CPU “zaustavlja” U/I uređaj ili započinje novi DMA prijenos


Ispitne točke za DMA i prekid tijekom instrukcijskogciklusa


Prekidi

Vrste prekida:• U/I prekidi – aktivirani kao zahtjev za U/I operacijom

– aktiviran nakon uspješnog (ili neuspješnog)završetka U/I operacije /npr. dojava “kanalslobodan” nakon završetka prijenosa ili nastupgreške/

• Prekidi izazvani vremenskim sklopovima (engl. timer interrupts)

• Prekidi zbog grešaka u sklopovima (npr. ispad napajanja, greškaparnosti u memoriji)

• Programski prekidi (engl traps)• SVC (Supervisory Calls) – preklop iz korisničkog načina u

nadgledni način rada)


U/I prekidi – tipovi prekidnih sustava

Tip 1. Jednorazinski s jednim prioritetom (Single-level, single priority)

• sve linije za zahtijevanje prekida su vezane kao logičko ILI na jedan ulaz (prekidni bistabil)


Tip 1. – nastavak

- nakon pohranjivanja minimalnog konteksta prekidna rutina(koja započinje na unaprijed definiranoj memorijskoj lokaciji)mora prepoznati uzročnika prekida!

- to čini tako da ispituje status pojedinih U/I uređaja prozivanjem(engl. polling)


Tip 2. Višerazinski s jednim prioritetom (Multiple-level, Single-priority)

• pored postavljanja prekidnog bistabila IFF (kao u slučaju 1.)

svaki U/I uređaj nakon slanja zahtjeva za prekid šalje i kod za identifikaciju uzročnika prekida (selekcijski kod). Kod se postavlja nakon što su svi prijašnji prekidi bili potvrđeni

• jedan prioritet odnosi se na prioritet na sklopovskoj razini,

Razlika između Tipa 1. i Tipa 2.:

Tip 2. zahvaljujući selekcijskom kodu dopušta brže raspoznavanje izvora prekida


Tip 3. Jednorazinski s više prioriteta (Single-level, Multiple-priority)

• Kao i u Tipu 1. postoji samo jedan prekidni bistabil ali su uređaji U/I smješteni na prekidnoj liniji po prioritetnom redu• Kada uređaj zahtijeva posluživanje on sprečava prekide drugih uređaja nižeg prioriteta• ustroj uređaja uzduž zajedničke linije prekida odgovara shemiulančavanja (engl. daisy chaining)


Tip 4. Višerazinski s više prioriteta (Multiple-level, Multiple-priority)

• Kombinacija Tipova 2. i 3.• Uređaji su raspoređeni ulančano (kao u Tipu 3.)• Za vrijeme potvrde prekida šalje se selekcijski kod


Uvjeti za prihvaćanje prekida


Tipični koraci tijekom prekida:

1. CPU identificira izvor prekida2. CPU dobiva ili određuje adresu prekidnog programa3. PC i SR (“minimalni kontekst”) se pohranjuju4. U PC se smještava adresa prekidnog programa5. Izvodi se prekidni program6. Iz prekidnog programa upravljanje se prenosi na prekinuti

program izvođenjem instrukcije tipa RETURN FROM INTERRUPT (RTI) ili RTE (RETURNFROM EXCEPTION čime se obnavlja stanje procesora


Prekidni sustav s jednom prekidnom linijom


Prekidni sustav s više prekidnih linija


Linije za potvrdu prihvaćanja prekida (idealizirano)


Ulančavanje (Daisy Chain)


Vektorski prekidni sustav


Višestruko ulančavanje


Vektorska prekidna shema


Upravljački sklop prioritet prekida s maskiranjem


Primjer ulančane konfiguracije (vektorski prekidni sustav)


Primjer ulančane konfiguracije (vektorski prekidni sustav)/nastavak/

12. ulazno-izlazni podsustav raČunala • načini izmjene

Documents