Интерфейсы систем экзамен. АВ. Вопросы к экзамену по дисциплине Интерфейсы вычислительных систем
 Скачать 1.07 Mb.
|
|
В исходное состояние контроллер устанавливается после включения электропитания путем подачи сигнала сброса на вход RESET. В состоянии программирования контролера МП по системной шине данных производит инициализацию контроллера. Для этого МП осуществляет запись в соответствующие регистры контроллера управляющих слов, определяющих режимы работы, и исходных данных, задающих начальные адреса областей памяти ОЗУ и размеры блоков передаваемых байт (до 64 Кбайт или слов). Адреса регистров определяются кодом на системной шине адреса. Обычный контроллер прямого доступа (интерфейсные БИС 8257 и 8237А) является четырехканальным, т.е. обслуживает четыре ПУ, поэтому каждый канал программируется индивидуально с учетом особенностей подключенного к каналу ПУ. В состоянии ожидания контроллер осуществляет прием сигналов запросов прямого доступа к памяти от ПУ и вырабатывает для МП сигнал «Запрос захвата», который поступает на вход микропроцессора. В этом состоянии системные шины находятся под управлением МП. В состояние ожидания контроллер переходит после завершения программирования. В состояние обслуживания контроллер переходит после получения от МП сигнала «Подтверждение захвата», указывающего на возможность доступа к системным шинам со стороны контроллера. Контроллер формирует сигнал подтверждения запроса прямого доступа к памяти запрашивающему ПУ и берет на себя управление системной шиной. В этом состоянии МП отключается от системной шины с помощью шинных формирователей. Если было несколько одновременных запросов, контроллер обслуживает канал с наивысшим приоритетом (0 – высший, 3 – самый низкий). Контроллер генерирует набор управляющих сигналов шины, необходимых для осуществления обмена данными между ОЗУ и ПУ в одном из запрограммируемых режимов прямого доступа. Контроллер модифицирует счетчик адреса и счетчик байт до тех пор, пока не будут выполнены все циклы ввода или вывода. В последнем цикле обмена контроллер формирует общий сигнал окончания ТС (Terminate Count), который может быть использован ПУ для формирования сигнала аппаратного прерывания. Модель прямого доступа к памяти. Прямым доступом к памяти (ПДП или DMA – Direct Memory Access) называется способ обмена данными, осуществляемый под управлением контроллера ПДП (контроллера DMA) автономно от МП. При прямом или безусловном обмене процедура ввода-вывода выполняется микропроцессором независимо от состояния программного устройства. Такой вид обмена возможен только с всегда готовыми к обмену простейшими программными устройствами, например, индикаторами, регистрами и т.п. Контроллер ПДП (КПДП) может управлять в режиме прямого доступа передачей информации побайтно, пословно и блоками данных. С этой целью КПДП формирует и модифицирует адреса участвующих в обмене ячеек ОЗУ, задает размер блока данных, который подлежит передаче, ведет подсчет байт, передаваемых в ОЗУ или из ОЗУ, определяет момент завершения передачи, генерирует управляющие сигналы для МП, ОЗУ и периферийных устройств, обеспечивая их согласованную работу на шине в режиме ПДП. Управление обменом в этом режиме производится аппаратно, поэтому режим ПДП называют аппаратно-управляемым обменом. Подсистема ввода-вывода под управлением Центрального процессора. Обмен данными между пользователями, приложениями и периферийными устройствами компьютера выполняет специальная подсистема ОС – подсистема ввода-вывода. Основными компонентами подсистемы ввода-вывода являются драйверы, управляющие внешними устройствами, и файловая система. В работе подсистемы ввода-вывода активно участвует диспетчер прерываний. Более того, основная нагрузка диспетчера прерываний обусловлена именно подсистемой ввода-вывода, поэтому диспетчер прерываний иногда считают частью подсистемы ввода-вывода. Основные функции подсистемы ввода-вывода: 1. Организация параллельной работы устройств ввода-вывода и процессора. 2. Согласование скоростей обмена и кэширование данных. 3. Разделение устройств и данных между процессами. 4.Обеспечение удобного логического интерфейса между устройствами и остальной частью системы. 5. Поддержка широкого спектра драйверов с возможностью простого включения в систему нового драйвера. 6. Динамическая загрузка и выгрузка драйверов. 7. Поддержка нескольких файловых систем. 8. Поддержка синхронных и асинхронных операций ввода-вывода. Методы организация параллельной работы процессора и устройств ввода-вывода: 1. Процессор непосредственно управляет периферийным устройством. 2.Устройство управляется контроллером. Процессор использует программируемый ввод - вывод без прерываний (переход к абстракции интерфейса ввода - вывода). Процессор посылает необходимые команды контроллеру ввода-вывода и переводит процесс в состояние ожидания завершения операции ввода-вывода. 3. Использование контроллера прерываний. Ввод-вывод, управляемый прерываниями. Процессор посылает необходимые команды контроллеру ввода-вывода и продолжает выполнять процесс, если нет необходимости вожидании выполнения операции. В противном случае процесс приостанавливается до получения прерывания, а процессор переключается на выполнение другого процесса. 4. Использование модуля (канала) прямого доступа к памяти (direct memory access - DMA). Перемещение данных в память (из нее) без использования процессора. 5. Использование отдельного специализированного процессора ввода-вывода, управляемого центральным процессором. 6. Использование отдельного компьютера для управления устройствами ввода-вывода при минимальном вмешательстве центрального процессора. Подсистема ввода-вывода под управлением подсистемы ввода-вывода. В современных ОС подсистема ввода-вывода строится на основе модульного подхода и послойной модели. На рисунке приведена структура подсистемы ввода–вывода, где показано, что в современных ОС подсистема ввода-вывода строится послойно, как по горизонтали, так и по вертикали. Вертикальные составляющие подсистемы ввода-вывода являются подсистемами управления устройствами.  Рис. Структура подсистемы ввода-вывода Файловая система управляет работой дисковых запоминающих устройств. Сетевая система обслуживает передачу информации по сети. Другие устройства ввода-вывода (клавиатура, мышь, монитор и.т.д.) обслуживаются своей вертикальной подсистемой ввода-вывода. Вертикальные слои подсистемы ввода-вывода строятся исходя из функциональных потребностей, обслуживаемого устройства. Горизонтальные слои подсистемы ввода-вывода включают (сверху вниз): Диспетчер подсистемы, одно из назначений которого, принимать запросы, направленные от приложений, распознавать их и передавать соответствующей вертикальной подсистеме. Слой виртуальных драйверов - следующий слой подсистем. В каждой вертикальной подсистеме он может содержать несколько модулей. Например, подсистема управления сетью включает модули преобразования информационного файла, который нужно передать по сети, до последовательности электрических сигналов. А в случае получения информации по сети эти модули преобразуют полученную последовательность электрических сигналов в файл. В сетевых системах существуют семь протоколов, регламентирующих данные преобразования, которые реализованы в виде соответствующих модулей. Основные функции подсистемы ввода-вывода. Основные функции подсистемы ввода-вывода.: 1. Организация параллельной работы устройств ввода-вывода и процессора. 2. Согласование скоростей обмена и кэширование данных. 3. Разделение устройств и данных между процессами. 4.Обеспечение удобного логического интерфейса между устройствами и остальной частью системы. 5. Поддержка широкого спектра драйверов с возможностью простого включения в систему нового драйвера. 6. Динамическая загрузка и выгрузка драйверов. 7. Поддержка нескольких файловых систем. 8. Поддержка синхронных и асинхронных операций ввода-вывода. Структура подсистемы ввода-вывода. Диспетчер подсистемы. В современных ОС подсистема ввода-вывода строится на основе модульного подхода и послойной модели. На рисунке приведена структура подсистемы ввода –вывода, где показано, что в современных ОС подсистема ввода-вывода строится послойно, как по горизонтали, так и по вертикали. Вертикальные составляющие подсистемы ввода-вывода являются подсистемами управления устройствами:  Файловая система управляет работой дисковых запоминающих устройств. Сетевая система обслуживает передачу информации по сети. Другие устройства ввода-вывода (клавиатура, мышь, монитор и.т.д.) обслуживаются своей вертикальной подсистемой ввода-вывода. Вертикальные слои подсистемы ввода-вывода строятся исходя из функциональных потребностей, обслуживаемого устройства. Горизонтальные слои подсистемы ввода-вывода включают (сверху вниз): Диспетчер подсистемы, одно из назначений которого, принимать запросы, направленные от приложений, распознавать их и передавать соответствующей вертикальной подсистеме. Слой виртуальных драйверов - следующий слой подсистем. В каждой вертикальной подсистеме он может содержать несколько модулей. Например, подсистема управления сетью включает модули преобразования информационного файла, который нужно передать по сети, до последовательности электрических сигналов. А в случае получения информации по сети эти модули преобразуют полученную последовательность электрических сигналов в файл. В сетевых системах существуют семь протоколов, регламентирующих данные преобразования, которые реализованы в виде соответствующих модулей. Слой виртуальных драйверов.  Слой виртуальных драйверов - следующий слой подсистем. В каждой вертикальной подсистеме он может содержать несколько модулей. Например, подсистема управления сетью включает модули преобразования информационного файла, который нужно передать по сети, до последовательности электрических сигналов. А в случае получения информации по сети эти модули преобразуют полученную последовательность электрических сигналов в файл. В сетевых системах существуют семь протоколов, регламентирующих данные преобразования, которые реализованы в виде соответствующих модулей. Определение последовательного интерфейса. Последовательный интерфейс — интерфейс, в котором все информационные сигналы передаются по одной линии интерфейса. Интерфейс RS-232C обеспечивает два независимых последовательных канала данных: первичный (главный) и вторичный (вспомогательный). Оба канала могут работать в дуплексном режиме, ᴛ.ᴇ. одновременно осуществлять передачу и прием информации. Интерфейс RS-232C обеспечивает следующие возможности: 1) применение PC в качестве абонентского пункта в системах и сетях телеобработки данных. В этом случае PC подключается через этот интерфейс к устройствам преобразования сигналов (модемам), которые в свою очередь подключаются к каналам связи; 2) подключение к PC различных устройств ввода-вывода (графопостроителей, принтеров, графических манипуляторов, стриммеров и т.д.); 3) объединение нескольких PC между собой и с другими ЭВМ для организации перекачки файлов между ними. Последовательные данные передаются в синхронном или асинхронном режимах. В синхронном режиме все передачи осуществляются под управлением общего сигнала синхронизации, который должен присутствовать на обоих концах линии связи. Асинхронная передача подразумевает передачу данных пакетами; каждый пакет содержит необходимую информацию, требующуюся для декодирования содержащихся в нем данных. Конечно, второй режим сложнее, но у него есть серьезное преимущество: не нужен отдельный сигнал синхронизации. Основные принципы обмена информацией по интерфейсу RS-232 C. Основные принципы обмена информацией по интерфейсу RS-232C заключаются в следующем: 1) обмен данными обеспечивается по двум цепям, каждая из которых является для одной из сторон передающей, а для другой приемной; 2) в исходном состоянии по каждой из этих цепей передается двоичная единица, т.е. стоповая посылка. Передача стоповой посылки может выполняться сколько угодно долго; 3) передаче каждого знака данных предшествует передача стартовой посылки, т.е. передача двоичного нуля в течение времени, равного времени передачи одного бита данных; 4) после передачи стартовой посылки обеспечивается последовательная передача всех разрядов знака данных, начиная с младшего разряда. Количество разрядов знака может быть 5, 6, 7 или 8; 5) после передачи последнего разряда знака данных возможна передача контрольного разряда, который дополняет сумму по модулю 2 переданных разрядов до четности или нечетности. В некоторых системах передача контрольного разряда не выполняется; 6) после передачи контрольного разряда или последнего разряда знака, если формирование контрольного разряда не предусмотрено, обеспечивается передача стоповой посылки. Минимальная длительность посылки может быть равной длительности передачи одного, полутора или двух бит данных. Обмен данными по описанным выше принципам требует предварительного согласования приемника и передатчика по количеству используемых разрядов в символе, правилам формирования контрольного разряда и длительности передачи бита данных. Режимы передачи данных. СИМПЛЕКСНЫЙ РЕЖИМ В этом типе режима передачи связь является однонаправленной, то есть данные могут передаваться только в одном направлении. Это означает, что вы не можете отправить сообщение обратно отправителю, как на улице с односторонним движением. Из этих двух устройств только одно может отправлять или передавать по каналу связи, а другое-только принимать данные. ПОЛУДУПЛЕКСНЫЙ РЕЖИМ В полудуплексном режиме каждая станция может также передавать и принимать данные. Поток сообщений может идти в обоих направлениях, но не одновременно. Вся пропускная способность канала связи используется в одном направлении за один раз. В полудуплексном режиме отправитель отправляет данные и ожидает их подтверждения, а если есть какая-либо ошибка, то получатель может потребовать от него повторной передачи этих данных. Благодаря этому возможно обнаружение ошибок. Примером полудуплексного режима является рация. В рации с одной стороны говорят в микрофон устройства, а с другой-кто-то слушает. После паузы другой говорит, и первое лицо слушает. ПОЛНЫЙ ДУПЛЕКСНЫЙ РЕЖИМ В полнодуплексном режиме связь является двунаправленной, то есть поток данных идет в обоих направлениях одновременно. С обоих концов прием и передача данных возможны одновременно. Полнодуплексный режим имеет два физически отдельных пути передачи, один из которых предназначен для движения трафика в одном направлении, а другой-для движения трафика в противоположном направлении. Это один из самых быстрых способов связи между устройствами. Классы сигналов интерфейса RS-232C. Сигналы интерфейса RS–232C подразделяются на следующие классы. Последовательные данные (например, TXD, RXD). Интерфейс RS–232C обеспечивает два независимых последовательных канала данных: первичный (главный) и вторичный (вспомогательный). Оба канала могут работать в дуплексном режиме, т.е. одновременно осуществляют передачу и прием информации. Управляющие сигналы квитирования (например, RTS, CTS). Сигналы квитирования — средство, с помощью которого обмен сигналами позволяет DTE начать диалог с DCE до фактической передачи или приема данных по последовательной линии связи. Сигналы синхронизации (например, TC, RC). В синхронном режиме (в отличие от более распространенного асинхронного) между устройствами необходимо передавать сигналы синхронизации, которые упрощают синхронизм принимаемого сигнала в целях его декодирования. |