O čem bude předmět X36PZ A?

O čem bude předmět X36PZ A? Úvodní přednáška 1. část

X36PZA Periferní zařízení M. Šnorek

1

Obsah přednášky • Obsah předmětu. • V/V vs. periferní zařízení, vyjasnění pojmů. • V její 2. části: • Terminologie interfejsingu, • programování V/V.


Základní součásti předmětu • Vstupněvýstupní (V/V) podsystém, připojování periferních zařízení (interfejsing). • Vnější paměti. • Výstupní zařízení. • Vstupní zařízení.


Studijní materiály

• Webové stránky předmětu na SERVICE. • „Doporučuji přečíst“, text, na který bude odkaz v každém .ppt přednášky. – Přečtení Vámi budu předpokládat.

• Skriptum: Periferní zařízení, – Autor: Miroslav Šnorek – Vydavatel: Vydavatelství ČVUT, Zikova 4, 166 36Praha 6, – Rozsah: 162 stran

• Wikipedia, Internet. • S dobrým svědomím nemohu doporučit „Tahák“ na studentském serveru. Některé odpovědi jsou špatně.


Vývoj nazírání na V/V podsystém • von Neumannova představa ... – Pomocí „…..vstupněvýstupního ústrojí bude lidský operátor a stroj vzájemně komunikovat“.

• Dnešní představa … – kromě vlastního přenosu dat také sledování stavu aktuálních přenosů, rozhodování o momentálním přiřazení HW, podpora moderních periferií.


Terminologická poznámka I. • Pojem V/V zařízení (anglicky I/O Device) každý, doufám, intuitivně chápe. • V předmětu se budeme zabývat i principy činnosti vnějších pamětí. • Pro nás tedy: • periferní zařízení periferie = • V/V zařízení + vnější paměti.


Terminologická poznámka II. • V/V podsystém = periferní zařízení + HW i SW počítače podporující jeho činnost. • Další „komplikace“: • Periferie = vlastní zařízení + řadič. • Rozhraní, interfejs, komunikační cesta.


Obrázkem: Periferie

Viz Pluháček: X36JPO nebo 36NLP


Příklad periferie I. vnější paměť řadič

vlastní zařízení


Příklad periferie II. vlastní zařízení

řadič


Osnova přednášek • • • • • • • • • • • • • •

O čem je předmět? Programování V/V. PC architektura; úvod do PCI, PCI inovace. Jiné V/V architektury: stavebnice, minipočítače, kanály. V/V v operačním systému; drajvry. Vnější paměti: magnetický i optický princip, kódování, konstrukční celky. Architektura vnějších pamětí, rozhraní. Zabezpečení proti chybám: RSPC. Obrazový podsystém; barevné modely, principy elektrooptických měničů. Obrazový podsystém; řadiče, akcelerátory. Tiskárny; principy barevného tisku, ovládání, interpolace. Klávesnice, myši, tačpedy, digitizéry. Snímače obrazů, čárové kódy, RFID. Komprese obrazů. Zvuk včetně komprese.


Osnova cvičení • • • • • • • • • • • • •

Interfejsové obvody I.: adresový dekodér. Interfejsové obvody I.: V/V brána. Interfejsové obvody II.: RS 232 C, Centronics. Interfejsové obvody II.: USB, SCSI; nesymetrické napájení. Interfejs PZ na PCI. Drajvr jednoduchého řadiče UART. Řadič diskety. Zadání laboratorních cvičení, rezerva. Laboratorní cvičení 1. Laboratorní cvičení 2. Laboratorní cvičení 3. Řadič disku. Hodnocení referátů, zápočet.


Zkouška • Zohledňuje práci v semestru, ve cvičeních. • Forma písemná. • Hromadné termíny, po jednom v každém týdnu zkouškového období v červnu. Budou stanoveny v 10. týdnu semestru. Kapacita? Podle dostupné učebny (209?). • Opravný termín v 1. týdnu zkouškového období v září.


Programování V/ V (nejnižší úroveň) Jaké prostředky mají procesory pro provádění vstupně/výstupních operací?


Obsah přednášky • Terminologie interfejsingu (průběžně). • Synchronizace přenosu údajů rozhraním. • V/V programování: – IN, OUT model, – MOV model, – SIO model. • Synchronizace součinnosti procesoru a periferního zařízení. • Elektrické zobrazení signálů signaling. • Druhy údajů přenášených rozhraním.


Terminologie interfejsingu I. • • • • • •

Interfejs. Sběrnice x dvoubodový spoj. Adresová, datová, řídicí sběrnice. Brána. Multiplexovaná/oddělená sběrnice. Procesorová, systémová, lokální, V/V sběrnice.


Interfejs?

• = interface = rozhraní = propojení = styk = mezixicht. • Společná část sdílená dvěma systémy, zařízeními nebo programy. • Zahrnuje i prvky této hranice a doplňkové řídicí obvody určené k jejich propojení.


Sběrnice x dvoubodový spoj

Anglicky: • Bus, • pointtopoint connection.


Ale pozor! • Pointtopoint • není totéž co • peertopeer! • Peertopeer arch. = rovný s rovným • a k tomu protějšek je • architektura klientserver!


Sběrnice opakování


Multiplexovaná sběrnice? Arbitrační podsystém

PCI host

AD[0..31]

Slot 1

4

IRQ

Slot 2

4

Slot 3

Adresy a data časově multiplexované

Slot 4

4

4

Přerušovací podsystém


Terminologie interfejsingu II. • Komponenty sběrnice: – adresová komponenta: V/V, paměťová adresa, – datová komponenta, – řídicí/stavová komponenta, • přerušení, • DMA a • další.


Brána, anglicky port

• Buňka v adresovatelném prostoru V/V zařízení nebo paměti. • Stavební prvek interfejsingu. • Obecně je to 8/16/32 b buňka, registr, ale ... • uvidíme, že někdy se bez klopných obvodů obejde.

Vstupní brána

Podrobnosti ve cvičeních.


Výstupní brána

Sběrnice x dvoubodový spoj

Sběrnice

D voubodový spoj


Jiný příklad (z PC prostředí):

Pozor! Tohle je dvoubodový spoj!

Sběrnice


Ještě další? • • • • • •

ISA, PCI, PCIX, SCSI, USB … a mnoho jiných.

• • • •

RS232, Centronics, PCIe … a mnoho jiných.

Ve vlastním zájmu tuto tabulku během studia předmětu doplňujte!


Procesorová, systémová, lokální, V/V sběrnice

Která z nich je ta: • procesorová? FSB, BSB • lokální? FSB • systémová? FSB • V/V? PCI, ISA

• Zobecnění? Sami!


Synchronizace přenosu údajů rozhraním


Možnosti • synchronní,

• asynchronní,

• pseudosynchronní přenos údajů.

Podrobnosti viz 2. přednáška (PC architektura)


V/V programování


1. studie IN, OUT model

?

Typicky: procesory Intel


Formát instrukcí IN, OUT

IN

dest, source

OUT

dest, source

Jeden operand registr procesoru, druhý adresa V/V brány.


Příklad IN 1.

3.

2.

Kolik instrukcí bude zapotřebí?


Terminologie interfejsingu • Komponenty sběrnice: – adresová komponenta: V/V, paměťová adresa, – datová komponenta, – řídicí/stavová komponenta,

• REQ/GNT, neboli žádost/potvrzení: • IRQi, INT/INTA, • DRQi/DACK (a další).


Jednotlivé komponenty sběrnice Adresová sběrnice

Datová sběrnice IOW# IOR# MEMW# MEMR#

Řídicí sběrnice


Důsledek: oddělené adresové prostory Adresové prostory:

registry procesoru paměť

V/ V brány


2. studie MOV model

?

Typicky: procesory Motorola


Formát instrukce MOV MOV dest, source Jeden operand registr procesoru, druhý adresa v paměti. Obrovskou výhodou jsou nejrůznější adresovací módy, které tato instrukce podporuje!


Důsledek: společný adresový prostor Adresové prostory:

V/ V brány jsou mapované do paměti

registry procesoru paměť


Jednotlivé komponenty sběrnice Adresová sběrnice

Datová sběrnice MEMW# MEMR#

Řídicí sběrnice


3. studie SIO model

IBM 360/370 60. léta 20. století


Trochu modernější varianta ... Paměťový podsystém

8B

Instrukční procesor

8B

Kanálový podsystém

Servisní podsystém IBM 4300 90. léta 20. století


1B

Instrukce SIO (její formát) SIO

X’00E’

Touto instrukcí se spouští provádění kanálového programu pro kanál 0 a periferii 0E. Ukazatel na jeho začátek musí být v CAW (implicitní adresa 72).


Další V/V instrukce počítače s kanálem: TIO

adrk, adrz

Adresace stejná jako u SIO, má vliv na PSW (Program Status Word). Testuje stav adresované V/V aktivity.

HIO

adrk, adrz Násilně ukončí adresovanou V/V aktivitu.


Diskuse 3. studie • Toto jsou (obvykle) všechny V/V instrukce. • Všimněte si: instrukce V/V aktivitu spouští, ale neprovádí! • Samotný přenos údajů s touto V/V instrukcí související provádí kanál podle kanálového programu. • Ten tvoří posloupnost kanálových příkazů.


Synchronizace součinnosti procesoru a periferie


Vycházejme z toho, že • procesor neumí nic jiného, než – pracovat podle předem připraveného programu, nebo – reagovat na (vnější) přerušení (startem obslužného programu).


Příklad programovaného V/V PC platforma, programujeme například vstup spojitých dat prostřednictvím multifunkční karty. Mohli jsme si ale vybrat jiný problém ...


Její programátorský model Start konverze

Konec konverze


Vývojový diagram synchronizace přenosu automatický start převodu

Tento typ synchronizace anglicky polling.

čti na stav převodu

ukončen?

+

Jak se od něj liší sampling: Návod: viz Doporučuji přečíst!

provedení přenosu dat


Příklad programu CYEOC: IN

EXIT:

AL, STAV REG

čti stav

TEST

AL, TEST MASH

maska

LOOPZ

CYEOC

konec konverze?

IN

AX, DX

čti data

MOV

[DI], AX

ulož do paměti

CMP

DI, LIMIT konec?

JZ

EXIT

ano

INC

DI

ne

INC

DI

ukazatel+2

JMP

CYEOC

opakuj

.


Jsou i jiné možnosti synchronizace? • Ano! Kromě programovaného V/V dat můžeme ještě použít: • V/V s přerušením, angl. Interrupt driven I/O, • V/V pomocí DMA, DMA driven I/O, • V/V pomocí specializovaného procesoru.


V/V s přerušením


Problém: • Procesor musí uložit informace o právě probíhajícím programu (aby se po zpracování přerušení mohl vrátit) a to něco stojí (čas). • Řadič přerušení vnutí procesoru vektor přerušení, ze kterého se odvodí startovací adresa obsluhy. I to něco stojí.


PC implementace přerušovacího podsystému


Důsledek: • Propustnost počítačového systému častými přerušeními utrpí. • Otázka: k jakému typu přenosu se tento typ synchronizace hodí? •

Nepravidelný, znakově orientovaný přenos údajů.


Implementace V/V pomocí DMA


Problém: • Záleží na tom, jak je DMA implementován. • Možnosti jsou: – zastavovaným procesorem, – kradením cyklů, – transparentní DMA.


PC implementace DMA

U PC je použito zastavování procesoru (HOLD/HLDA).


Jak dlouho tahle akce trvá?


Důsledek I.: • Při dlouhém DMA přenosu by mohl být procesor zastaven na velmi dlouho, • stará PC: neobnovovaly by se dynamické paměti (automatický refreš 0. kanálem DMA). • Proto se cykly DMA a procesoru u PC neustále střídají (vyhodnocuje se priorita DMA kanálů). • DMA přenos se tak prokládá procesorovými cykly, což efektivnost DMA přenosu dramaticky snižuje.


Důsledek II.: • Navíc: přepínání mastera (viz dále) sběrnice (procesor/DMA řadič) trvá u intelských obvodů neúměrně dlouho. • DMA se u PC používá jen pro diskety a zvukovky. • IDE DMA (současná PC) je vyřešeno jinak. • Nicméně otázka: k jakému typu přenosu se tento typ synchronizace hodí? •

Pro pravidelný, blokově orientovaný přenos údajů.


Signaling, tj. obvodové řešení


Budič sběrnice – k terminologii obousměrný

jednosměrný


Studie konfliktu na sběrnicovém vodiči Se vstupy není problém, ale na výstupech je zkrat!

1

Vstupy

Výstupy

0 +Vcc

+Vcc

Řešení?


Signálový vodič OC x 3S – k terminologii +Vcc

+Vcc Bus line

Bus line

Vin OE

OC Otevřený kolektor

3S Třístavový výstup OE = Output Enable


Signálové vodiče symbolika Jeden signál

Více signálů stejného typu (paralelně)

Data platná

Signály na vodičích jsou ve 3.S

Mimochodem: tohle je protokol PCI čtení dat


Který použijete kdy? • OC: – Několik jednotek může současně vysílat signál („agresivní“ nulu) na týž vodič. – Hodí se pro neadresné signály typu REQ (žádost), ACK (potvrzení) nebo signály připojující jednotky stejného typu (např. paměťové čipy).

• 3S: – Vysílá pouze ta jednotka, která to má povoleno.

• Které signály z obrázku „PC architektura“ patří do které skupiny? OC: IRDY#, TRDY#, DEVSEL#; 3S: AD, C/BE#


Typické signálové charakteristiky a jejich vztah k rychlosti

Česká terminologie: symetrický nesymetrický vstup/výstup. Další podrobnosti na cvičeních ….


Doporučuji přečíst • 00intro.pdf na serveru Service


Další otázky ke kapitole • Pro jaké typy signálů (uveďte příklad signálů libovolné sběrnice) se hodí realizace obvodem OC (otevř. kolektor)? • Totéž pro 3S (s třístavový výstup)? • V čem se liší symetrický a nesymetrický vstup/výstup? • Kterou variantu rozhraní zvolíte pro dosažení vyšší rychlosti přenosu dat? Symetrickou __, nesymetrickou __, žádnou z obou, protože tyto varianty nemají na rychlost žádný vliv___. • Z hlediska V/V programování rozlišujeme 3 základní počítačové architektury. Pojmenujte je!


O čem bude předmět X36PZ A?

Recommend Documents