Урок 12
Принципы устройства компьютеров
§32. Принципы устройства компьютеров. §33. Магистрально-модульная организация компьютера
Содержание урока
§32. Принципы устройства компьютеров
§33. Магистрально-модульная организация компьютера
Что понимается под устройством компьютера?
Обмен данными с внешними устройствами
§33. Магистрально-модульная организация компьютера
Обмен данными с внешними устройствами
Существуют три режима обмена данными между центральным процессором (ЦП) и внешними устройствами: программно управляемый ввод/вывод; обмен с устройствами по прерываниям; прямой доступ к памяти (ПДП).
При программно управляемом обмене все действия по вводу или выводу предусмотрены в теле программы. Процессор полностью руководит ходом обмена, включая ожидание готовности периферийного устройства и прочие временные задержки, связанные с процессами ввода/вывода. Достоинства этого метода — простота и отсутствие дополнительного оборудования, недостаток — большие потери времени из-за ожидания быстро работающим процессором более медленных устройств ввода/вывода.
При обмене по прерываниям устройства ввода/вывода в случае необходимости сами «требуют внимания» процессора. Например, клавиатура оповещает процессор каждый раз, когда была нажата или отпущена клавиша; всё остальное время процессор выполняет программу, «не отвлекаясь» на клавиатуру. Когда прерывание произошло, ЦП «откладывает» на некоторое время выполнение основной программы и переходит на служебную программу обработки прерывания. Завершив его обработку, ЦП снова возвращается к тому месту программы, где она оказалась прервана. При этом основная программа даже «не заметит» возникшей задержки. Этот режим обмена более сложен, но зато значительно эффективнее — процессор не тратит время на ожидание.
Представим себе, что в кабинете начальника идёт совещание и в этот момент по телефону поступает важная информация, требующая немедленного принятия решения. Секретарша, не дожидаясь конца совещания, сообщает начальнику о звонке. Тот, прервав свое выступление, снимает трубку, выясняет суть дела и сообщает свое решение. Затем он продолжает совещание, как ни в чем не бывало. Здесь роль ЦП играет начальник, а телефонный звонок — это запрос (требование) на прерывание. «Секретарша» в компьютере тоже предусмотрена — это контроллер прерываний, анализирующий и сортирующий все поступающие прерывания с учётом их важности (приоритета).
Механизм прерываний используется не только в аппаратной части, но и в программах, которые основаны на обработке событий (нажатий на клавиши, команд управления от мыши и т. п.). Такая технология лежит в основе современных операционных систем и применяется в системах разработки программ Microsoft Visual Studio, Delphi, Lazarus и им подобных.
В обоих описанных выше вариантах управление обменом выполнял центральный процессор. Именно он извлекал из памяти выводимые данные (или записывал туда вводимые), подсчитывал их количество и полностью контролировал работу шины. Если передаваемые данные не требуют сложной обработки, ЦП напрасно расходует время на проведение обмена. Чтобы освободить процессор от этой работы и увеличить скорость передачи крупных блоков данных от устройства ввода в память и обратно, применяется прямой доступ к памяти (ПДП, англ. DMA — Direct Memory Access).
Принципиальное отличие ПДП состоит в том, что в этом режиме процессор не производит обмен, а только подготавливает его, программируя контроллер ПДП: устанавливает режим обмена, а также передаёт начальный адрес ОЗУ и количество циклов обмена. Далее контроллер в ходе ПДП самостоятельно наращивает первое значение и уменьшает второе, что позволяет освободить центральный процессор.
Изложенный материал о режимах ввода/вывода может быть сведён в табл. 5.1 (здесь УВВ обозначает устройство ввода/вывода)
Следующая страница 
Вопросы и задания
Cкачать материалы урока
