Классификация по поколениям

Деление ЭВМ на поколения – весьма нестрогая классификация ЭВМ; по степени развития программных аппаратных средств. Идея делить ЭВМ на поколения вызвана к жизни тем, что за время короткой истории своего развития ЭВМ проделали большую эволюцию как в смысле элементной базы, так и в смысле изменения структуры, возможностей, характера использования и расширения областей применения.

I Поколение (50-е гг.) – на электрических лампах. Набор команд был небольшой, ПО практически отсутствовало, объем ОЗУ и быстродействие были низкими, программы писались на языке программ конкретной ЭВМ.

II Поколение (55 – 64 гг.) – характеризуется использованием как электрических ламп, так и дискретных транзисторных элементов. Появились языки высокого уровня, которые допускали необходимой последовательности вычислительных действий в наглядном легко воспринимаемом виде. Недостаток – отсутствие операционных систем. ЭВМ 2-го поколения была свойственна программная несовместимость, которая затрудняла организацию крупных информационных систем.

III Поколение (64 – 70 гг.) - машины с единой архитектурой, программно совместимые, имеют развитые ОС. В качестве элементной базы используются интегральные схемы.

IV Поколение (70 - …) – современное поколение в вычислительной технике. Проектировались в расчете на эффективное использование высокоуровневых языков и упрощение процесса программирования для конкретного пользователя. В качестве элементной базы используются интегральные схемы.

3. Классификация по производительности и характеру использования.

1) Супер-ЭВМ

2) Mainframe

3) Мини-ЭВМ

4) Х-терминалы

5) Микро-ЭВМ

- Супер-ЭВМ – мощная ЭВМ с производительностью свыше 100 MFLOPS. Эти ЭВМ представляют собой многопроцессорные и\или многомашинные комплексы, работающие на общую память и на общую подсистему ввода-вывода.

Различают Супер-ЭВМ среднего класса, выше среднего и high-end. Архитектура основана на параллелизме и конвейеризации вычисления.

- Cray Research

- NEC

Супер-ЭВМ используются для решения сложных и больших научных задач, в управлении, разведке.

- Mainframe – предназначены для решения широкого класса научно-технических задач. Целесообразно применять в системах, где есть 200-300 рабочих мест. Они являются наиболее мощными (не считая СуперЭВМ) ВС общего назначения, обеспечивающая непрерывный круглосуточный режим работы.

Прогресс в области элементной базы позволил существенно сократить габариты этих ЭВМ. Основные поставщики: IBM, Amdahl, ICL, Siemens Nixdorf.

В архитектурном плане mainframe – многопроцессорные системы, содержащие 1 или несколько периферических процессоров, связанных между собой высокоскоростными магистралями передачи данных.

Стремительный рост производительности микро- и мини-ЭВМ создал тенденцию перехода с mainframe на эти ЭВМ. Эта тенденция получила название downsizing. Однако этот процесс в последнее время несколько замедлился. Причиной возрождения интереса к mainframe считается сложность перехода к распределенной архитектуре; и тем, что распределенная среда не обладает достаточной надежностью, безопасностью данных; а также в мире существует огромная база mainframe, на которых работает большое количество прикладных программ.

- МиниЭВМ – хорошо сбалансированные системы, в которых высокое быстродействие сочетается с большим объемом оперативной и внешней памяти, высоко производительными внутренними магистралями, высококачественными и быстродействующими графическими подсистемами, и разнообразными устройствами ввода-вывода.

Это отличает мини-ЭВМ среднего и высокого класса от микро-ЭВМ. Производители мини-ЭВМ создали изделия начального уровня, которые по стоимости близки к высокопроизводительным микро-ЭВМ, но превышают их по производительности и возможностям наращивания (Sun Microsystems, HP).

X-terminal – комбинация бездисковых мини-ЭВМ и стандартных ASCII-терминалов. Бездисковые мини-ЭВМ часто применялись в качестве дорогих терминалов, и в этом случае не полностью использовали локальную вычислительную мощность. Одновременно многие пользователи ASCII-терминалов хотели улучшить их характеристики, чтобы получить возможность работы в многооконном режиме и графических возможностях.

На рынке вычислительной техники Х-терминалы занимают промежуточное положение между микро- и мини-ЭВМ. Поставщики Х-терминалов заявляют, что их изделия более эффективны в стоимостном выражении, чем мини-ЭВМ высокого ценового класса и имеют больший уровень производительности по сравнению с микро-ЭВМ.

Х-Windows – результат совместной работы массачусетского института и корпорации DEC. Система X-Windows в настоящее время является открытым де-факто стандартом для доступа к множеству одновременно-выполняющихся приложений с возможностями многооконного режима и графикой высокого разрешения на мини-, микро-ЭВМ и Х-терминалах.

Микро-ЭВМ появились в результате эволюции мини-ЭВМ при переходе элементной базы машин со средней и малой степенью интеграции на большие и сверхбольшие интегральные схемы.

Микро-ЭВМ благодаря своей низкой стоимости быстро заняли хорошие позиции на рынке ЭВМ и создали предпосылки для разработки новых программных средств, ориентированных на конечного пользователя.

Микро-ЭВМ представляет собой инструменты для решения разнообразных сложных задач. Их процессоры с каждым годом увеличивают мощность, а периферийные устройства – эффективность.

Вопрос 3.

Принципы работы ЭВМ.

В настоящее время большинство микро-ЭВМ строится по принципу соединения блоков через общую системную магистраль.

Системная магистраль – набор шин (проводников), по которым передаются данные места нахождения данных (адреса) и управляющие сигналы. Блоки микро-ЭВМ соединены с шинами общей системной магистрали и используют ее для обмена информацией.

Задачей универсальной микро-ЭВМ является обработка данных/информации по запросу пользователя.

Взаимодействие устройств посредством

общей системной магистрали

Будем исходить из того, что физически к общей системной магистрали подсоединен 1 активный модуль (задатчик), как правило, это МП, и большое число пассивных модулей (ОЗУ, ПЗУ, контроллеры). Логически, в каждый момент времени, к общей системной магистрали подсоединены 2 модуля: 1 активный и 1 пассивный.

Тристабильная логика: логическая единица 1, логический ноль 0, высокоимпедансное состояние. Это значит, что выводы находятся в трех стабильных состояниях, где высокоимпедансное – отключение от системной магистрали.

Активный модуль всегда начинает взаимодействие с выдачи информации об адресе. Соответствующий пассивный модуль выдает содержащиеся по этому адресу данные или принимает посланные активным модулем. Для указания направления обмена информацией и момента ее приема активный модуль вырабатывает управляющий сигнал. При этом адресные и управляющие сигналы всегда направлены от активного модуля к пассивному, а передача данных возможна в обоих направлениях, хотя существуют модели, когда передача данных идет в одном направлении.

Формы организации общей

системной магистрали в микро-ЭВМ

1 форма общей системной магистрали состоит в том, что для всех сигналов применяют параллельно расположенные проводники.

Шину разделяют на 3 части (адреса, данных и управления).

Вторая форма организации общей системной магистрали – это общая шина адресов и данных, т.е. адреса и данные передаются одни за другими, разделенные по времени (мультиплексированная по времени шина адреса, данных).

Вопрос 5.

Организация (структура) памяти микропроцессора i8086.

Микропроцессор имеет 2 различных физических адресных пространства: памяти и ввода-вывода, которые в совокупности образуют структуру памяти.

1 Мб=2²⁰ байт. Надо 20 адресных линий, чтобы задать 1 Мб.

Адресное пространство ввода-вывода 65536(устройств)= 2¹⁶

Помимо адресных линий есть еще 4 сигнала:

MEMR – сигнал чтения памяти

MEMW – сигнал записи в память

IOR – сигнал чтения устройства ввода-вывода

IOW – сигнал записи устройства ввода-вывода

Сдвинем одно 16-ти разрядное число относительно другого на 4 бита.

Таблица закрепления адресного пространства ввода/вывода

за устройствами

Адрес	Устройство
0000h-001Fh	Контроллер прямого доступа к памяти, DMA контроллер
0020-003F	Контроллер прерываний
0040-005F	Таймер
0060-006F	Контроллер клавиатуры
0070-007F	Память CMOS
01F0-01F7	Контроллер НЖМД
025A-025B	Часы реального времени
02F8-02FF	Контроллер последовательного ввода/вывода СОМ2
0378-037A	Контроллер параллельного ввода/вывода LPT1
03F0-03F7	Контроллер НГМД
03F8-03FF	Контроллер последовательного ввода/вывода СОМ1

Примечание: порты 0000-00FF находятся на системной плате. 0100-03FF отведены для контроллеров внешних устройств ввода/вывода.

Оперативно запоминающее устройство (ОЗУ).

RAM – служит для хранения программ и данных. Известны микросхемы ОЗУ статического и динамического типов. Микросхемы ОЗУ статического типа после записи в них информации сохраняются до тех пор, пока не будет выключено питание, не появится сигнал сброса или она не будет перезаписана на новый. Микросхемы ОЗУ динамического типа могут сохранять информацию в течение нескольких микросекунд после записи, что требует постоянного обмена информацией, записанной в них (регенерации), что является их недостатком. Однако микросхемы ОЗУ динамического типа имеют большую емкость и меньшую стоимость, что обуславливает их широкое применение.

Контроллер ОЗУ.

Служит для приема, хранения и выдачи данных на системную магистраль по запросу МП или устройства ввода/вывода.

Структурная схема контроллера ОЗУ. D0-D15

MEMR

MEMW

BHE

DACK0

IOCHK

A1- A19

Каждый контроллер условно разделен на 2 банка: младший и старший. Из памяти байты могут одновременно выбираться из младшего и старшего банка. Слова данных, расположенных по четному адресу считываются из памяти за одно обращение. Слова данных по нечетному адресу за 2 обращения к памяти.

ПЗУ (Постоянное Запоминающее Устройство)

ROM – для хранения служебных программ и для подпрограмм, служащих для обеспечения возможности функционирования микро-ЭВМ. Осуществляет взаимодействие ОС и программ пользователя с ресурсами микро-ЭВМ.

Масочные ПЗУ (ROM) – запись в такие микросхемы осу3ществляется в процессе производства согласно назначенной маске.

PROM – с плавкими перемычками. Внутри микросхемы ПЗУ находится матрица из нихромовых перемычек.

Стираемые ПЗУ – EPROM – данные, чрез которые на матрицу запоминающих элементов падает свет, при экспонировании ультрафиолетовым светом в течение нескольких минут. Хранимые данные стираются, после чего ПЗУ можно снова запрограммировать.

EEPROM – в данных микросхемах ОЗУ данные можно стирать электрическими импульсами, при этом микросхему нужно вынимать из гнезда.

Вопрос 6.

Вспомогательные устройства:

Генератор Тактовых Импульсов (ГТИ)

ГТИ – задающее устройство, предназначенное для формирования временных сигналов синхронизации микропроцессоров i8086, сигналов синхронизации системной магистрали, внешних сигналов готовности и начальные установки.

Назначение и выводы ГТИ:

RES – входной сигнал сброса

RESET – выходной сигнал сброса

X1, X2, TANK – для подключения внешнего источника частоты

RDY1, RDY2 – входные сигналы готовности системной магистрали и внешних устройств ввода-вывода

CLK – тактовый импульс

PCLK – вспомогательный тактовый импульс

OSC - вспомогательные синхроимпульсы

READY – выходной сигнал готовности

Контроллер Системной Магистрали

Предназначен для формирования сигналов управления системной магистрали.

Структурная схема:

Назначение выводов КСМ:

MEMR – сигнал чтения памяти

MEMW – сигнал записи в память

IOR – сигнал чтения устройства ввода-вывода

IOW – сигнал записи устройства ввода-вывода

ST0,ST1,ST2 – сигналы состояния МП

CLK – тактовый импульс

INTA – сигнал подтверждения запроса на прерывание

КСМ формирует сигналы управления на основе кода состояния МП, подаваемые на входы ST0, ST1, ST2. управляющие сигналы синхронизируются общими с МП синхроимпульсами, подаваемыми на вход CLK.

Вопрос 7.

Контроллер прямого доступа к памяти (ПДП).

Расположен по адресу 0000h – 001Fh.

КПДП обеспечивает высокоскоростной обмен данными между устройствами ввода-вывода и ОЗУ без использования МП, что позволяет освободить МП для выполнения вычислений параллельно с обменом и независимо от него.

Структура КПДП в виде черного ящика:

HLD – сигнал запроса на захват системной магистрали.

HLDA – сигнал подтверждения запроса на захват системной магистрали.

DRQ… - сигнал запроса на прямой доступ к памяти от устройств.

DACK… - сигнал подтверждения запроса на прямой доступ к памяти от устройств.

Устройство, которому необходим ПДП, подает сигнал DRQ. КПДП выдает сигнал, который поступает в МП. После завершения текущей команды МП выдает сигнал HLDA и переводит свои выводы в третье высокоимпедансное состояние (отключает их от СМ).

Затем КПДП самостоятельно управляет системной магистралью, производит запись блока данных из устройства ввода-вывода в ОЗУ или наоборот.

И по окончании данного процесса снимает сигнал HLD. При этом МП в свою очередь снимает сигнал HLDA, и, подключившись к системной магистрали, продолжает свою работу.

Контроллер имеет 4 независимых канала ПДП (нулевой, первый, второй и третий), каждый из которых может обслуживать 1 устройство.

Назначение каналов:

0 – обмен ОЗУ-ОЗУ (для регенерации динамического ОЗУ).

1 – свободен

2 – обмен с контроллером гибких дисков

3 – обмен с контроллером жестких дисков.

Принципы работы КПДП

В цикле ожидания осуществляется программирование контроллера, при котором задаются:

А) начальный адрес для обмена

Б) уменьшенное на 1 число байт для передачи

В) направление обмена

Г) требуемые режимы работы

При появлении сигнала запроса DRQ контроллер переходит в активный цикл, в котором и выполняется обмен данными. Обмен может осуществляться из четырех режимов:

1. Режим одиночной передачи. После передачи каждого байта контроллер ПДП освобождает шину МП и сразу же начинает проверку сигнала DRQ. И как только обнаруживает активный сигнал, начинает передачу следующего байта.

2. Режим блочных передач. Системная магистраль не освобождается контроллером вплоть до передачи всего блока данных.

3. Режим передачи по требованию. Является промежуточным между двумя первыми. Передача данных идет до тех пор, пока активен сигнал DRQ. Как только устройство не может продолжить передачу, контроллер на время освобождает шину МП.

4. Каскадный режим. Позволяет включить в подсистему ПДП более 1 контроллера.

Типы передач:

Передача ОЗУ-ОЗУ.
Авто-инициализация.
Режим фиксированных приоритетов.

В этом режиме канал 0 всегда имеет максимальный приоритет, а канал 3 – минимальный. Это означает, что любая передача по каналу с более высоким приоритетом будет выполняться раньше, чем по каналу с более низким приоритетом.

4. Циклический сдвиг приоритетов.

Позволяет избежать «забивание» системной магистрали одним каналом. Каналу, по которому прошла передача автоматически присваивается низший приоритет. После чего право на передачу получает канал с наивысшим приоритетом, для которого передача в данный момент необходима.

5. Сжатие времени передачи. В случае, если временные характеристики быстродействия обменивающихся устройств совпадают, контроллер ПДП может сократить время выполнения каждого цикла передачи на 2 такта.

Вопрос 8.

Контроллер (программируемый) приоритетных прерываний.

(ПКП)

Находится по адресу: 0020h – 003Fh

Система прерываний.

МП обеспечивает возможность реакции на асинхронные внешние события и на различные исключительные ситуации, возникающие в процессе выполнения программ, используя векторную структуру прерываний. Он позволяет обрабатывать 256 типов прерываний, которые делятся на внешние аппаратные маскируемые, внешние аппаратные немаскируемые, внутренние аппаратные и программные.

Структура прерываний.

INT NMI

ST0

ST1

ST2

Запросы на внешние аппаратные маскируемые прерывания (IRQ0…IRQ7) поступают в МП через программируемый контроллер приоритетных прерываний, который формирует общий сигнал INT (внешнего аппаратного маскируемого прерывания).

Список внешних аппаратных маскируемых

прерываний (в порядки приоритета).

Прерывание	Устройство
IRQ1	Клавиатура
IRQ2	Свободен
IRQ3	Контроллер последовательного ввода-вывода СОМ2
IRQ4	Контроллер последовательного ввода-вывода СОМ1
IRQ5	Контроллер НЖМД
IRQ6	Контроллер НГМД
IRQ7	Контроллер параллельного ввода-вывода LPT1
IRQ0	таймер

Немаскируемые.

Запрос на внешние аппаратные немаскируемые прерывания поступают непосредственно на вход NMI МП и обычно используются для прерывания работы МП при катастрофических событиях, таких, как: сбой питания, обнаружение ошибки памяти и т.п.

К внутренним аппаратным прерываниям относятся ошибка деления и пошаговый режим.

К программным прерываниям относятся: прерывание по точке прерывания, по переполнению и команда INT.

Обработка прерываний.

Для обслуживания прерываний необходимо определить таблицу векторов прерываний. Вектора прерываний – это указатели на соответствующие программы обслуживания. Таблица занимает первый Кб ОЗУ и содержит 256 элементов. Каждый i-ый элемент представляет собой полный (2 16-ти разрядных значения) начальный адрес программы, которая обслуживает прерывания этого типа.

Если возникает прерывание, производятся следующие действия:

МП выполняет текущую команду до конца.
Адрес очередной команды – содержимое регистров CS и IP и состояние МП-ра (регистр признаков FLAGS) сохраняется в стеке, что позволит впоследствии возобновить прерванную программу.
МП меняет свое состояние (выводы ST0, ST1, ST2), которое отслеживается контроллером системной магистрали.
Контроллер системной магистрали вырабатывает сигнал INTA (подтверждение прерывания), который поступает на ПКП.
ПКП сообщает номер вектора прерывания МП. Номер вектора прерывания – соответствующий элемент векторов прерывания.
Из того элемента берутся 2 16-ти разрядных значения и помещаются в регистры CS и IP.
выполняется программа обслуживания прерывания до команды IRET.
После этого восстанавливается старое состояние МП и адрес прерванной программы (из стека извлекаются значения и записываются в регистр FLAGS, CS и IP).

Программируемый контроллер

приоритетных прерываний.

Обеспечивает приоритетный выбор запросов внешних аппаратных маскируемых прерываний, формирование вектора прерывания и имеет 8 входов прерываний от 8 различных устройств.

Основные функции контроллера:

Фиксация запросов прерывания от 8 внешних источников.
программное маскирование поступающих запросов
Присвоение фиксированных или циклически изменяемых приоритетов входом контроллера, на которые поступают запросы.
Инициация вызова процедуры обработки поступившего внешнего аппаратного маскируемого прерывания.

Структурная схема ПКП.

IRQ0 IRQ1 IRQ7

D0-D7

INT

INTA

Назначение выводов микросхемы ПКП.

Выводы	Назначение
D0-D7	Шина данных
R	Сигнал чтения микросхемы
W	Сигнал записи микросхемы
CS	Сигнал выбора микросхемы
INT	Сигнал запроса внешнего аппаратного маскируемого прерывания
INTA	Подтверждение запроса внешнего аппаратного маскируемого прерывания
A0	Адресный сигнал
IRQ0…IRQ7	Запросы на внешние аппаратные маскируемые прерывания (от устройств)

ПКП может находиться в двух основных состояниях настройки и обслуживания запросов на прерывания.

Описание основных элементов ПКП.

Блок чтения записи принимает команды от МП и передает ему информацию о состоянии ПКП.

Обмен информацией осуществляется через 8 разрядный буфер данных.

Каскадный буфер-компаратор отвечает за работу каскада из нескольких контроллеров.

Блок управления ПКП формирует сигнал запроса на прерывание INT и обрабатывает сигнал INTA.

Регистр запросов прерываний используется для хранения всех входных запросов прерывания.

Блок приоритетов определяет, прерывание какого уровня будет обрабатываться в первую очередь.

Регистр обслуживания прерывания описывает прерывание какого уровня в настоящий момент обрабатывается.

Регистр маскирования прерываний описывает, маскирования какого типа в настоящий момент замаскировано.

Режимы работы ПКП.

Режим фиксированных приоритетов (по умолчанию).

Запросы прерываний IRQ0…IRQ7 имеют фиксированные приоритеты (0 – высший) и обрабатываются в соответствии с ними. Прерывание с меньшим приоритетом никогда не будет обработано, если в процессе обработки прерывания с более высокими приоритетами постоянно возникают запросы на эти прерывания.

Автоматический сдвиг приоритетов.

Здесь задается возможность обработать прерывания всех уровней без их дискриминации. После обработки прерывания какого-либо уровня ему автоматически присваивается низший приоритет. При этом приоритеты всех остальных уровней циклически сдвигаются и прерывание следующего уровня будет иметь в данной ситуации высший приоритет, и, следовательно, возможность быть обработанным.

Программно-управляемый сдвиг приоритетов.

В этом режиме программист может задать номер уровня, которому требуется присвоить максимальный приоритет. После этого контроллер работает также, как в режиме фиксированных приоритетов с учетом их сдвига.

4. Автоматическое завершение обработки прерываний.

5. Режим специальной маски.

Данный режим позволяет отменить приоритетную обработку прерываний и обрабатывать их по мере поступления.

Режим опроса.

В этом режиме сигнал аппаратного прерывания не появляется автоматически, а наличие запроса на прерывание определяется считыванием определенных регистров МП.

Вопрос 9.

Программируемый интервальный таймер

(ПИТ).

Адрес 0040h – 005Fh.

Для задания временных интервалов и формирования сигналов с различными временными параметрами в микро-ЭВМ применяется микросхема программируемого интервального таймера.

Структурная схема ПИТ.

IN0

OUT0

D0-D7 GATE0

R IN1

W OUT2

CS GATE2

A0-A1

IN2

GATE2

OUT2

Программирование таймера осуществляется путем записи управляющих слов в регистр режима и начальных значений в счетчике.

Каждый счетчик имеет вход IN по заднему фронту которого счетчик выполняет функцию уменьшения на единицу своего содержимого. Управляющий вход GATE и выход OUT.

D0-D7 – шина данных

R – Сигнал чтения микросхемы

W – Сигнал записи в микросхему

CS – сигнал выбора микросхемы

A0-A1 – сигнал шины адреса.

Каждый счетчик может работать в одном из шести режимов. В микро-ЭВМ используются 2 режима (в данной ЭВМ): режим генератор Меандра – в этом режиме счетчик ПИТ выполняет функцию генератора переменной частоты со скважностью 2, т.е. уровень логической единицы выходного сигнала занимает первый полупериод, а уровень логического нуля – второй полупериод. Точнее, если n – значение, загруженное в счетчик – четно, то длительность уровня логической единицы и логического нуля равна (n*T)/2. Если n – нечетно, то длительность уровня логической единицы: ((n+1)*T)/2, а логического нуля: ((n-1)*T)/2.

В режиме программируемого делителя частоты счетчик ПИТ работает как делитель входной частоты f_вх на некоторое число n, загруженное в счетчик. При этом из входного сигнала на выходе формируется сигнал с частотой f_вх/n, у которого уровень логической единицы имеет длительность (n-1)*T_вх, а уровень логического нуля имеет длительность Т_вх.

Назначение регистров ПИТ

Адрес	Назначение
0040h	Загрузка значения в счетчик 0 и чтение значения с счетчика 0
0041h	Загрузка значения в счетчик 1 и чтение значения с счетчика 1
0042h	Загрузка значения в счетчик 2 и чтение значения с счетчика 2
0043h	Загрузка значения в счетчик 3 и чтение значения с счетчика 3

Вопрос 10.

Клавиатура

Адрес 0060h – 006Fh.

Клавиатура предназначена для ввода алфавитно – цифровой информации и управления работой микро-ЭВМ.

В настоящее время используются механические герконовые и пленочные клавиатуры.

Принцип организации клавиатуры

Котроллер клавиатуры преобразует нажатие на клавишу, замыкающую механический контакт в код соответствующей нажатой клавиши.

При нажатии клавиши соответствующая строка и столбец замыкаются, образуя соединение, контроллер клавиатуры определяет номер строки и столбца, в которых произошло замыкание и выдает необходимый код. Этот процесс называется сканированием клавиатуры. Сканирование производится следующим образом: выходной порт выдает сигнал логического нуля в строку 0 и сигналы логической единицы во все остальные строки.

Затем через входной порт Р2 производится считывание состояния столбцов.

Если не на одном из столбцов нет сигнала логического нуля, то проверяется строка 1, т.е. выдается сигнал логического нуля в строку 1 и сигнал логической единицы во все остальные строки.

При обнаружении сигнала логического нуля на одном из столбцов определяется нажатая клавиша, номер строки которой соответствует выводимой комбинации сигнала, а номер столбца по результату ввода. Затем в соответствии с позицией нажатой клавиши формируется код нажатой клавиши.

Взаимодействие с контроллером клавиатуры.

Осуществляется с помощью порта ввода-вывода 0060h – и внешнего аппаратного маскируемого прерывания IRQ1. Порт 0060h предназначается для передачи команд и данных и чтения клавиатуры.

Вопрос 11.

Память CMOS

Адрес: 0070h – oo7Fh

Часы реального времени: 025Ah – 025Bh

Микро-ЭВМ имеет в своем составе часы реального времени RTC, а также 64 Байта энергонезависимого ОЗУ (CMOS), питание которых производится от отдельных серебряно-цинковых батарей.

В функции часов реального времени входит счет текущего времени и даты, если микро-ЭВМ выключена. Время и дата в CMOS памяти сохраняются как разность с 00:00:00 01 января 1980 г.

Кроме времени и даты в CMOS памяти хранятся данные о конфигурации микро-ЭВМ. Такие, как: количество и тип гибких и жестких дисков, тип дисплея, количество установленного ОЗУ и т.д.

Программный доступ к CMOS памяти осуществляется путем записи в порты 0070 номера требуемой ячейки памяти CMOS и затем чтения значения этой ячейки из порта 0071h.

Адреса ячеек CMOS c 10h по 20h защищены контрольной суммой, находящейся по адресу 2Eh. Поэтому при изменении содержимого этих адресов необходимо сопровождать пересчетом и изменением контрольной суммы.

Вопрос 12.

Системная магистраль XT-bus.

Предназначена для обеспечения взаимодействия между МП, расположенным на системной плате, и внешними устройствами ввода-вывода.

На системной плате микро-ЭВМ, как правило расположено:

- МП

- гнезда для установки ОЗУ, ПЗУ (с записанными в нем программами начальной загрузки и подпрограммами BIOS).

- контроллер ПДП, прерываний, таймер, CMOS, часы реального времени.

- 5-7 62-контактных разъемов системной магистрали XT-bus.

Системная магистраль – основной интерфейс микро-ЭВМ; ее структура такова, что она предоставляет широкие возможности и большую гибкость при подключении дополнительных котроллеров к имеющимся в составе ЭВМ.

Назначение контактов.

Сигнал	Назначение
IO CH CK	Сигнал сбоя в считанной информации
D0 – D7	Шина данных
IO CH RDY	Готовность устройства I/O – этот сигнал используется контроллерами медленных устройств ввода-вывода для удлинения времени цикла передачи данных по системной магистрали
A0 – A19	Шина адреса
GND	Общий (земля)
MEMR	Сигнал чтения памяти
MEMW	Сигнал записи в память
IOR	Сигнал чтения устройства ввода-вывода
IOW	Сигнал записи устройства ввода-вывода
RESET	Сброс
IRQ2 – IRQ7	Сигнал внешнего аппаратного маскируемого прерывания
DRQ1 – DRQ3	Сигнал запроса на ПДП
DACK0 – DACK3	Подтверждение запроса на ПДП
CLK	Тактовые импульсы
OSC	Вспомогательные синхроимпульсы
BHE	Сигнал доступа к старшей половине шины данных

Вопрос 13.

Видеоадаптер.

Основной функцией видеоадаптера является вывод информации на экран в алфавитно-цифровом или графическом виде.

Видеоадаптер состоит из 4 устройств:

Видеопамять

Видеоконтроллер (ВК)

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)

Видео-ПЗУ

Информация, выводимая на экран, записана в видеопамяти (буфер видеоадаптера), расположенной в адресном пространстве памяти. От ее объема зависит максимально возможное полное разрешение видеоадаптера.

R=H*V*C, где Н – количество точек по горизонтали, V – количество точек по вертикали, С – байт для кодирования цвета каждой точки.

640*480*1=256цветов

Центральным устройством в управлении дисплеем является видеоконтроллер (ВК)

ВК отвечает за вывод изображения из видеопамяти, регенерацию ее содержимого, формирование сигналов развертки для ЭЛТ и обработку запросов МП. Для ускорения вывода изображения на дисплей и снижение частоты конфликтов при обращении к памяти со стороны ВК и МП, первый имеет отдельный буфер, который в свободное от обращений МП время заполняется данными из видеопамяти.

Если конфликта избежать не удается, видеоконтроллеру приходится задерживать обращение МП к видеопамяти, что снижает микропроцессорной системы.

В микро-ЭВМ применяются программируемые контроллеры, которые позволяют задать все необходимые параметры развертки изображения на экране.

- вертикальное разрешение – количество строк текста или растра на экране.

- горизонтальное разрешение – количество символов или точек в строке.

- представление данных в видеопамяти и т.д.

Многие современные контроллеры являются потоковыми. Их работа основана на создании и смешивании воедино нескольких потоков графической информации.

Обычно это основное изображение, на которое накладывается изображение курсора выше, и отдельное изображение в прямоугольном окне, поступающее от TV-тюнера или MPEG-кодера.

ВК с потоковой обработкой, а также с аппаратной поддержкой некоторых типовых функций называются видеоускорителями или акселераторами. И служат для разгрузки МП от рутинных операций по формированию изображения.

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП).

Служит для преобразования результирующего потока данных, формируемого ВК, в уровни интенсивности цвета, подаваемого на дисплей. Большинство современных мониторов используют аналоговый видеосигнал. Поэтому возможный диапазон цветности определяется параметрами ЦАП. Большинство ЦАП имеют разрядность 3х8.

- 3 канала основных цветов (красный, зеленый, синий)

- 8-разрядный по 256 уровней на каждый цвет, что в сумме дает 16,7 млн. цветов.

Обычно ЦАП совмещен на одном кристалле с видеоконтроллером. Однако это делается в основном для недорогих ВА, поскольку близкое соседство с интенсивно работающими схемами отрицательно влияет на стабильность работы ЦАП.

Видео-ПЗУ.

ПЗУ, в котором записаны видео BIOS, экранные шрифты, служебные таблицы и т.п. ВПЗУ не используется ВК напрямую. К нему обращается только МП, и в результате выполнения им программ из ВПЗУ происходит обращение к ВК и видеопамяти.

На многих современных ВА устанавливаются EEPROM, допускающие перезапись пользователя под управлением специальной программы из комплекта ВА.

ВПЗУ необходимо только для первоначального запуска ВА и работает в режиме MS-DOS и других ОС, работающих преимущественно в текстовом режиме.

ОС Windows 9х и далее или им подобные, работающие через собственные видеоадаптеры не используют Видео-ПЗУ для управления видеоадаптером, либо используют его только при выполнении программ MS-DOS.

В настоящее время известны следующие типы ВА:

1. MDA – Monochrome Display Adapter

2. HGC – Hercules Graphic Card

3. CGA – Color Graphic Adapter

4. EGA - Enhanced Graphic Adapter

Вопрос 14.

Контроллер прямого доступа к памяти (ПДП).

Расположен по адресу 0000h – 001Fh.

Структура КПДП в виде черного ящика:

HLD – сигнал запроса на захват системной магистрали.

HLDA – сигнал подтверждения запроса на захват системной магистрали.

DRQ… - сигнал запроса на прямой доступ к памяти от устройств.

DACK… - сигнал подтверждения запроса на прямой доступ к памяти от устройств.

Назначение каналов:

0 – обмен ОЗУ-ОЗУ (для регенерации динамического ОЗУ).

1 – свободен

2 – обмен с контроллером гибких дисков

3 – обмен с контроллером жестких дисков.

Принципы работы КПДП

В цикле ожидания осуществляется программирование контроллера, при котором задаются:

А) начальный адрес для обмена

Б) уменьшенное на 1 число байт для передачи

В) направление обмена

Г) требуемые режимы работы

5. Режим одиночной передачи. После передачи каждого байта контроллер ПДП освобождает шину МП и сразу же начинает проверку сигнала DRQ. И как только обнаруживает активный сигнал, начинает передачу следующего байта.

6. Режим блочных передач. Системная магистраль не освобождается контроллером вплоть до передачи всего блока данных.

7. Режим передачи по требованию. Является промежуточным между двумя первыми. Передача данных идет до тех пор, пока активен сигнал DRQ. Как только устройство не может продолжить передачу, контроллер на время освобождает шину МП.

8. Каскадный режим. Позволяет включить в подсистему ПДП более 1 контроллера.

Типы передач:

Передача ОЗУ-ОЗУ.
Авто-инициализация.
Режим фиксированных приоритетов.

4. Циклический сдвиг приоритетов.

Вопрос 15.

Контроллер последовательного интерфейса.

Обеспечивает подключение к микро-ЭВМ внешних устройств ввода-вывода, работающих в режиме последовательной асинхронной связи по стыку С2 или RS-232C.

Основное назначение контроллера – согласование уровней сигналов ТТЛ с двуполярными сигналами стыка С2, а также преобразование параллельного кода, получаемого от микросхемы, в последовательный код со служебными битами и обратное преобразование.

В качестве внешних устройств: модем, клавиатура, мышь.

Структурная схема последовательного интерфейса:

Стык С2

RESET

IOR IRQ4

IOR

IOW

D0-D7

A0-A7 CLK

OSC

D0-D7

RESET

IOR IOR

IOW

IRQ3

Схема имеет общее и раздельное для каждого из каналов оборудование. Раздельное оборудование содержит идентичные блоки, помеченные цифрами 1 и 2, принадлежащие, соответственно, каналам 1 и 2.

Основным функциональным блоком контроллера служит большая интегральная схема программируемого связного интерфейса. БИС ПСИ, который реализует последовательно-параллельное и обратное преобразование данных и передачу их с заданной скоростью в асинхронном режиме.

Задание режимов работы контроллера, вывод стыков С2, управление прерывания обеспечивается блоками, управляющими контроллера.

Сигналы:

D0-D7 – шина данных

A0-A2 – шина адреса

RESET – сигнал сброса. Его вырабатывает ГТИ

IRQ3,4 – сигналы внешних аппаратных маскируемых прерываний

IOR – сигнал чтения устройств ввода-вывода

IOW – сигнал записи устройств ввода-вывода

CLK – тактовые импульсы

OSC – вспомогательные синхроимпульсы

Регистры контроллера последовательного интерфейса

Адрес	Регистр и назначение
03F8	Регистр передатчика. Сюда выводится байт для передачи в стык С2. Регистр приемника. Сюда вводится байт, принятый из стыка С2.
03F9	Регистр управления прерыванием. Позволяет полностью отключить систему прерываний контроллера.
03FA	Регистр идентификации прерывания. Если произошло прерывание, здесь содержится причина, вызвавшая его.
03FB	Регистр управления линией. Задает формат асинхронной последовательной передачи данных.
03FC	Регистр управления модемом. Управляет интерфейсом с устройством, работающим в режиме асинхронной последовательной связи по стыку С2.
03FD	Регистр состояния линии. Предоставляет МП информацию о передаче данных
03FE	Регистр состояния модема. Обеспечивает чтение текущего состояния модема.

Формат асинхронной последовательной передачи данных.

Стартовый бит 5-8 бит данных бит паритета стоповые биты промежуток между передачами

Последовательный формат представляет собой стартовый бит, 5-8 бит данных, необязательный бит четного или нечетного паритета, 1, 1,5 или 2 стоповых бита.

БИС ПСИ

Используется для преобразования данных в параллельном формате в последовательный формат для передачи и наоборот при приеме.

Внутренние регистры дают возможность программировать различные сигналы управления модемом и форматы передачи данных. Имеют функции внутреннего диагностирования. Например, контроль линии связи для обнаружения неисправностей в изоляции.

Дополнительной особенностью Б.П. является программируемый генератор скорости передачи. Максимальная скорость передачи – 56 кбит/с (в современных – в 2 раза больше).

Упрощенная схема БИС ПСИ.

D0-D7 TxD

A0-A2

RESET BAVDOUT

CLK

RxD

DSR

CTS

DTR

DCD RCLK

RTS

В состав БП входят:

- буфер передатчика со схемой управления передатчика, предназначенные для приема данных от МП (в параллельном формате) и выдаче их в последовательном коде на выход TxD.

- буфер приемника со схемой управления приемника, выполняющий прием данных в последовательном формате со входа TxD и передачу их в МП в параллельном формате.

- буфер данных, служащий для обмена командами и управляющими словами между МП и БИС ПСИ.

- блок управления чтением записи, принимающий управляющий сигнал от микро-ЭВМ и генерирующий внутренние сигналы управления.

- блок управления модемом, обрабатывающий управляющие сигналы, предназначенные для внешнего устройства.

Назначение сигналов БИС ПСИ.

D0-D7 – шина данных

A0-A2 – шина адреса

RESET - сброс

CS – сигнал выбора микросхемы

R – сигнал чтения микросхемы

W – сигнал записи в микросхему

CLK – тактовый импульс

TxD – передаваемые данные

RxD – получаемые данные

BAUDOUT – синхронизация передатчика

RCLK – синхронизация приемника

DSR – готовность модема

CTS – готовность к передаче

DTR – готовность приемника

DCD – обнаружение несущей данных

RTS – запрос передачи

RI – индикатор вызова

Стандарт последовательной передачи данных стык С2 или RS-232c

Стандарт RS-232c регламентирует передачу последовательных двоичных потоков данных между терминалами с связным оборудованием.

Терминальное оборудование может посылать и/или принимать данные по последовательному интерфейсу.

Под связным оборудованием понимаются устройства, которые могут упростить последовательную передачу данных совместно с терминальным.

Расстояние, на которое можно передать выходной двоичный последовательный поток данных до появления серьезных искажений зависит от скорости передачи и электрических характеристик линии связи.

Если расстояние, на которое следует передать информацию превышает максимально допустимое, применяется специальное связное оборудование, т.е. с обеих сторон линии связи располагаются устройства для модуляции бит, передаваемых в линию и демодуляцию бит, переходящих из линии (модема).

Обычно в таких случаях линией связи служит телефонная линия, которая может быть выделенной или коммутированной.

Сигнал	Название	Назначение
101/AA	FG – защитная земля	Проводник для заземления оборудования
102/AB	SG – сигнальная земля	Общий провод для всех сигналов
103/BA	TxD – передаваемые данные	Для вывода данных в модем
104/BB	RxD – получаемые данные	Для ввода данных из модема
105/CA	RTS – запрос передач	В модем для включения и выключения передач в полудуплексном режиме
106/CB	CTS – готовность передач	Из модема указывает, что модем готов передать данные
107/CC	DSR - готовность модема	Из модема указывает, что модем включен
109/CF	DCD – обнаружение несущей данных	Из модема указывает, что модем получает сигнал на другом канале линии связи
108/CD	DTR – готовность терминала	В модем готовит его у подключению его к линии связи и началу передач
125/CE	RI – индикатор вызова	Из модема указывает, что в линии обнаружен сигнал звонка

Для связи по выделенной асинхронной линии требуется только первые 8 сигналов таблицы.

При передаче в модем посылается сигнал RTS (запрос передачи), который подтверждается сигналом из модема CTS (готовность передачи).

Затем по линии собственно TxD начинается собственно передача.

При приеме модем подает сигнал по линии DCD (обнаружение несущей данных), показывая прием сигнала от модема на другом конце линии связи.

Принятые данные передаются в интерфейс по линии RxD.

Сигнал DSR (готовность модема) показывает, что модем включен и находится в работоспособном состоянии.

Для связи по коммутируемой телефонной линии требуется еще как минимум 2 сигнала.

При передаче сигнала в модем DTR (готовность терминала) управляет коммутацией модема, т.е. набором номера при передаче.

При приеме модем посылает в интерфейс сигнал RI (индикатор вызова), показывая, что он принимает сигал звонка от модема, находящегося на другом конце линии связи. В ответ на этот сигнал интерфейс должен отреагировать сигналом DTR (готовность терминала). Он заставляет модем снимать трубку.

Вопрос 16.

Контроллер накопителя на гибких магнитных дисках.

Адрес 03F0h-03F7h.

Управление гибкими магнитными дисками в микро-ЭВМ осуществляется микросхемой i8272 фирмы Intel, выполняющей функции контроллера гибких дисков FDC. В зависимости от типа дисковода число дорожек может быть от 40 до 80, а число секторов на дорожке от 8 до 26. существуют дисководы, имеющие 1 и 2 головки чтения-записи.

Контроллер управляет дисководами для дискет диаметром 8, 5,25, 3,5, и 1.7 дюйма и поддерживает запись на дискету методами частотной модуляции и модифицированной частотной модуляции, программируемую длину секторов 128, 256, 512, 1024 байта, многосекторные и многодорожечные операции обмена с дисками.

Одновременно к 1 контроллеру может быть подключено до 4 дисководов любого из поддерживаемых типов. Обмен информацией с МП происходит по общей системной магистрали в двух режимах: ПДП и прерываний.

Структурная схема контроллера НГМД.

A2-A15 *

RESET

IOR

IOW

DACK 2

D0-D7

A0-A1

IRQ

DRQ

DRIVE SELECT 0 - выбор накопителя
DRIVE SELECT 1 – выбор накопителя
MOTOR ENABLE – включение узла привода дискеты при условии, что НГМД находится в рабочем состоянии (дискета вставлена и зафиксирована)
STEP PULSE – сигнал перемещения магнитной головки на 1 шаг
STEPPER DIRECT – сигнал, определяющий направление перемещения магнитной головки при подаче сигнала STEPPULSE
WRITE ENABLE – сигнал переключения между сигналами записи и воспроизведения
SELECT HEAD1 – сигнал выбора второй стороны дискеты
WRITE GATE – разрешение записи
INDEX – сигнал обнаружения индексного отверстия в дискете
TRACK 0 – сигнализация нахождения магнитной головки на головке с номером 0
WRITE PROTECT – запись защищена
WRITE DATA – записываемые данные на дискету
READ DATA – считываемые данные на дискету

Управление контроллером осуществляется через 3 порта ввода-вывода:

03F2h – регистр управления. Передача команд по управлению режимом работы контроллера и накопителей.

03F4h – регистр основного состояния. Используется для организации обмена информацией о состоянии контроллера и накопителей между МП и контроллером.

03F5h – регистр данных. Передача команд по управлению накопителями, чтения результатов выполнения команд, запись данных на дискету и запись данных на дискету.

Контроллер НГМД обеспечивает выполнение 15 команд. К ним относятся: запись, чтение, форматирование, снятие состояния…

Выполнение каждой команды имеет три фазы:

фаза ввода команды
фаза выполнения
фаза результата.

Вопрос 17.

Используемые в МП способы адресации ориентированы на эффективную реализацию программ, написанных на языке высокого уровня и оперирующих с базовыми массивами данных. Так, например, к любому элементу массива можно обеспечить доступ в режиме косвенной адресации через регистры BX, SI и смещение. При этом в регистре BX располагается указатель начала записи, смещение определяет начальный адрес массива, а в регистре SI формируется индекс.

В МП реализуются следующие способы адресации: регистровая непосредственная, прямая, косвенная, базовая, индексная, индексно‑базовая, относительная и некоторые их комбинации.

Непосредственная адресация. Операнд содержится в теле команды. В двухоперандных командах имеется возможность определять операции над непосредственным операндом и содержимым регистра или ячейки памяти. Кроме того, необходимо отметить, что МП не имеет команд загрузки непосредственного операнда в сегментные регистры или в стек. Пример: запись значения FFFEh в регистр AX:

Mov AX, FFFEh.

Прямая адресация. Адрес нужной ячейки памяти записывается непосредственно в команде. Пример: операнд CAT является адресом и при выполнении этой команды происходит обращение за данными непосредственно в CAT:

Mov AX, CAT.

Регистровая адресация. Этот способ адресации определяет, что операнд находится в одном из регистров блока регистров общего назначения. В двухоперандных командах задаются два регистра. Пример: пересылка данных из регистра AX в регистр BX:

Mov BX, AX.

Регистровая косвенная адресация. Адрес (смещение) может содержаться в регистрах BX, BP, SI и DI. Регистровая косвенная адресация через регистр BP моделируется использованием базовой адресации с нулевым смещением.

Адресация с использованием базовых регистров. Адрес операнда определяется как сумма содержимого указанного базового регистра (BX, BP) и одно- или двухбайтного смещения содержащегося в теле команды. Этот способ адресации используется для обращения к элементам различных структур данных, когда величина смещения известна во время ассемблирования, а базовый адрес структуры определяется в процессе выполнения программы.

Прямая адресация с базированием. Пример:

Mov DX, CAT[BX].

Косвенная адресация с базированием. Пример:

Mov DX, [BX].

Индексная адресация. В МП данный способ адресации операнда реализуется с использованием команд прямой и косвенной адресацией и двухбайтным смещением. При этом в теле команды содержится двухбайтный “базовый адрес”, а в индексном регистре (регистры SI, DI) ‑‑ индекс.

Прямая адресация с индексацией. Пример:

Mov DX, CAT[SI].

Косвенная индексная адресация. Пример:

Mov AX, [DI].

Адресация с индексацией и базированием. В командах, использующих данный способ адресации, адрес операнда равен сумме базового адреса и смещения, содержащегося в регистрах. Базовый адрес представляется в регистрах BX, BP, а индекс ‑‑ в регистрах SI, DI. По командам с индексно-базовой адресацией обеспечивается эффективный доступ к элементам памяти, так как этот метод адресации позволяет вычислять в процессе выполнения команды не только базовый (начальный) адрес структуры данных, но и индекс (смещение) элемента внутри структуры данных.

Прямая адресация с индексацией и базированием. Пример:

Mov DX, CAT[SI+BX].

Косвенная адресация с индексацией и базированием. Пример:

Mov AX, [BX+SI].

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: