Программы управляющие внешними устройствами это

Принципы управления внешними устройствами. Вычислительные машины, помимо процессоров и основной памя­ти (образующих ее ядро), содержат многочисленные периферийные устройства (ПУ): ВЗУ и УВВ. Передача информации с периферийного устройства в ЭВМ называ­ется операцией ввода, а передача из ЭВМ в ПУ — операцией вывода. Производительность и эффективность ЭВМ определяются не толь­ко возможностями ее процессора и характеристиками ОП, но и соста­вом ПУ, их техническими данными и способами организации их со­вместной работы с ЭВМ. При разработке систем ввода-вывода ЭВМ особое внимание об­ращается на решение следующих проблем: • должна быть обеспечена возможность реализации машин с пере­менным составом оборудования, чтобы пользователь мог выбирать состав оборудо­вания (конфигурацию) машины в соответствии с ее назначением. • для эффективного и высокопроизводительного использования обо­рудования в ЭВМ должны реализовываться одновременная рабо­та процессора над программой и выполнение периферийными уст­ройствами процедур ввода-вывода; • необходимо упростить для пользователя и стандартизовать про­граммирование операций ввода-вывода, обеспечить независимость программирования ввода-вывода от особенностей того или иного •периферийного устройства; • необходимо обеспечить автоматическое распознавание и реакцию ядра ЭВМ на многообразие ситуаций, возникающих в ПУ (готов­ность устройства, отсутствие носителя, различные нарушения нормальной работы и др.).

4. Периферийные устройства.

Рекомендуемые материалы

Вариант 24 — ЛР №3 — Основные операторы передачи управления
Объектно-ориентированное программирование (ООП)
299 149 руб.

Разработка алгоритмического и программного обеспечения ситуационного управления безопасностью магистральных газопроводов

Информатика
Отчет по лабораторной работе №3 «Основные операторы передачи управления» (вариант №1)
Объектно-ориентированное программирование (ООП)
Системы проектирования и управления мультимедийными учебно-методическими курсами
Информатика
РПЗ Элементы управления в АСОИУ

Информатика

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ УЗЛОВ (Конструирование, технологии производства и эксплуатации ЭВМ)

Информатика

В общем случае для организации и проведения обмена данными между двумя устройствами требуются специальные средства: • специальные управляющие сигналы и их последовательности; • устройства сопряжения; • линии связи; • программы, реализующие обмен. Весь этот комплекс линий и шин, сигналов, электронных схем, ал­горитмов и программ, предназначенный для осуществления обмена информацией, называется интерфейсом.

В зависимости от типа соединяемых устройств различаются: • внутренний интерфейс ЭВМ (например, интерфейс системной шины, НМД), предназначенный для сопряжения элементов внутри системного блока ПЭВМ; • интерфейс ввода-вывода — для сопряжения различных устройств с системным блоком (клавиатурой, принтером, сканером, мышью, дисплеем и др.); • интерфейсы межмашинного обмена (для обмена между разными машинами) — для сопряжения различных ЭВМ (например, при об­разовании вычислительных сетей); • интерфейсы «человек — машина» — для обмена информацией меж­ду человеком и ЭВМ. Если интерфейс обеспечивает обмен одновременно всеми разряда­ми передаваемой информационной единицы (чаще всего — байта или машинного слова), он называется параллельным интерфейсом.

Компьютер как совокупность устройств и программ (6 класс)

Внутренний интерфейс ЭВМ всегда делается параллельным. Интерфейсы межмашинного обмена обычно последовательные, т.е. в них обмен информацией производится по одному биту, последова­тельно.

Для параллельного интерфейса необходимо, чтобы участники общения были связаны многожильным интерфейсным кабелем (количество жил не меньше числа одновремен­но передаваемых разрядов — бит). В последовательных интерфейсах участники общения связываются друг с другом одно-двух-проводной линией связи, световодом, коаксиальным кабелем, радиоканалом.

В зависимости от используемых при обмене программно-техничес­ких средств интерфейсы ввода-вывода делятся на два уровня: физический и логический В зависимости от степени участия центрального процессора в об­мене данными в интерфейсах может использоваться три способа уп­равления обменом: • режим сканирования (так называемый «асинхронный» обмен); • синхронный обмен; • прямой доступ к памяти. Для внутреннего интерфейса ЭВМ режим сканирования предус­матривает опрос центральным процессором периферийного устрой­ства (ПФУ): готово ли оно к обмену, и если нет, то продолжается оп­рос периферийного устройства (рис.

6.3). Операция пересылки данных логически слишком проста, чтобы эффективно загружать сложную быстродействующую аппаратуру процессора, в результате чего в режиме сканирования снижается про­изводительность вычислительной машины.

Режим сканирования упрощает подготовку к обмену, но имеет ряд недостатков: • процессор постоянно задействован и не может выполнять другую работу; • при большом быстродействии периферийного устройства процес­сор не успевает организовать обмен данными. В синхронном режиме центральный процессор выполняет основ­ную роль по организации обмена, но в отличие от режима сканирова­ния не ждет готовности устройства, а осуществляет другую работу.

Когда в нем возникает нужда, внешнее устройство с помощью соот­ветствующего прерывания обращает на себя внимание центрального процессора. Для быстрого ввода-вывода блоков данных и разгрузки процес­сора от управления операциями ввода-вывода используют прямой доступ к памяти (DMA — Direct Memory Access). Вместе с этой лекцией читают «Действие личного состава по сигналу Кольцо и Сбор».

Прямым доступом к памяти называется способ обмена данными, обеспечивающий автономно от процессора установление связи и пе­редачу данных между основной памятью и внешним устройством. Прямой доступ к памяти (ПДП): • освобождает процессор от управления операциями ввода-вывода; • позволяет осуществлять параллельно во времени выполнение про­цессором программы с обменом данными между внешним устрой­ством и основной памятью; • производит обмен данными со скоростью, ограничиваемой только пропускной способностью основной памяти и внешним устрой­ством. ПДП разгружает процессор от обслуживания операций ввода-вы­вода, способствует увеличению общей производительности ЭВМ, дает возможность машине более приспособленно работать в системах ре­ального времени.

Поделитесь ссылкой:

Рекомендуемые лекции

• Действие личного состава по сигналу Кольцо и Сбор
• Классификация экспертных систем
• Часть вторая
• 1.7 Типовые звенья обыкновенных линейных систем
• 19. Оформление дел и передача

Источник: studizba.com

BIOS. Управление внешними устройствами ПК.

Главная функция микропроцессора — это выполнение заданного для него набора команд:

— выполняя последовательность команд (т. е. Программу) он вычисляет, управляет внешними устройствами, рассчитывает зарплату и т.п. , он может выполнять и бессмысленную последовательность своих команд — ему все равно — он автомат (принцип программного управления — мы пишем программу — он исполняет);

— для реализации Главной функции процессор выполняет целый ряд аппаратных функций: формирует адреса для выборки последовательности команд, инициирует на Системном интерфейсе операцию «Чтение команды» и др.;

Главная внешняя функция микропроцессора — это инициирование операций обмена на системном интерфейсе. Выбирая команды, выполняя большинство команд, выполняя аппаратную функцию прерывания процессор инициирует на системном интерфейсе операции обмена: «Чтение команды», «Чтение данных из памяти», «Запись данных в память», «Чтение порта», «Запись в порт», «Чтение дескриптора» и др.

Операцию обмена «Чтение порта» — процессор инициирует выполняя свою команду IN AL,DX — чтение порта, а «Запись в порт» — отрабатывая свою команду OUT DX,AL — запись в порт.

Выполняя, например, команду сложения ADD [1000], BX процессор два раза обратится в ОЗУ:

• первый раз — для чтения второго слагаемого (из ячейки с адресом 1000),
• а второй раз — для записи результата сложения содержимого регистра BX со вторым слагаемым (по адресу 1000).

В операциях обмена с одной стороны всегда участвует один из регистров процессора, а с другой стороны — ячейка оперативной памяти (DRAM или ПЗУ BIOS), или регистр контроллера внешнего устройства, или регистр чипсета и других микросхем (исключение — обмен по «прямому доступу»).

А что есть у процессора для управления внешними устройствами (устройствами ввода, вывода, устройствами внешней памяти)? Есть всего две команды: IN и OUT («чтение порта» и «запись в порт»), и есть аппаратная функция «прерывание» (без которой он в принципе может обойтись). Есть еще две команды — INS, OUTS (без которых он в принципе тоже может обойтись).

А что вообще доступно процессору во «внешней среде»? Ему доступны регистры контроллеров внешних устройств (например, видеоадаптера, принтера и др.), регистры чипсета и других микросхем, ячейки оперативной памяти (DRAM или ПЗУ BIOS) для чтения и записи.

Внешние устройства подключаются к локальным шинам системного интерфейса через контроллеры (каждый контроллер имеет свой набор команд, которые он обязан выполнять по отношению к своему внешнему устройству). После «начального сброса» контроллер ждет, что процессор перешлет в его соответствующие регистры команду и информацию необходимую для выполнения операции обмена. Непосредственное управление внешним устройством процессор осуществляет выполняя операции записи и чтения (по командам IN и OUT) по отношению к соответствующим регистрам контроллера этого внешнего устройства. Как минимум, любой контроллер должен иметь хотя бы три доступных процессору регистра:

— регистр управления (регистр команд);

«Сложные» контроллеры могут иметь значительно большее число регистров, и каждый из этих регистров имеет свое функциональное назначение: регистр ошибок, регистр номера головки, регистр номера цилиндра и т. д.. Например, контроллер принтера (параллельный порт) имеет три регистра, а видеоадаптер имеет свыше 60 регистров (каждый из которых имеет свое функциональное назначение, отдельные разряды и группы разрядов регистров тоже имеют свое функциональное назначение), уже поэтому управление видеоадаптером на уровне регистров реализуется очень сложно. Эту проблему для нас решают программы BIOS видеосистемы, которые «знают» как управлять на уровне регистров и команд контроллеров. Каждая такая программа BIOS реализует свою элементарную функцию управления, например видеосистемой:

• INT 10h, функция 00h — Установка видеорежима;
• INT 10h, функция 02h — Установка позиции курсора;
• INT 10h, функция 09h — Запись символа и атрибута в позицию курсора;
• INT 10h, функция 0Сh — Запись пиксела;
• и т. д..

«Прерывание» по команде INT 10h передает управление программе обслуживания BIOSa видеосистемы, которая по номеру функции (02h, 09h, 0Ch. ) запускает соответствующую программу BIOS на исполнение. Используя программы BIOS можно достаточно просто создавать программы для диагностики даже видеосистемы и создавать условия для исследования процессов осциллографом и т. д.

Примеры по ФУНКЦИЯМ BIOS видеосистемы.

Справочные данные по функциям BIOS:

INT 10h, функция 00h. Установка видеорежима.

Устанавливает текущий видеорежим. При вызове (в регистры процессора нужно занести):

АL= видеорежим, например:

03h — текстовый, 80х25 строк, 16 цветов

10h — графический, 640х350 точек,16 цветов

04h — графический, 320х200 точек, 4 цвета (видеоадаптер CGA)

. . . и выполнить INT 10h

INT 10h, функция 02h. Установка позиции курсора.

Задает положение курсора на экране в текстовых координатах на указанной текстовой странице(в том числе

не активной). При вызове:

DL = столбец . . . и выполнить INT 10h

INT 10h, функция 09h. Запись символа и атрибута в позицию курсора.

Записывает символ и его атрибут в текущую позицию курсора как в графическом, так и в текстовом режимах.

В графическом режиме символы не должны переходить на следующую строку. Все коды в AL рассматриваются, как знаки и не управляют положением курсора. После вывода символа курсор следует сместить к следующей позиции функцией 02h. Коэффициент повторения позволяет выводить строки одинаковых символов (но курсор не смещается).

В текстовом режиме символ выводится с указанным атрибутом, т.е. заданного цвета на заданном фоне. В графическом режиме содержимое BL влияет только на цвет символа, но не фона под ним. Однако графическое изображение под знакоместом затирается. При вызове:

ВL = атрибут (текстовый режим) или цвет(графический режим)

СХ = коэффициент повторения . . . и выполнить INT 10h

Атрибут символа определяет цвет символа и фона под ним, а также некоторые дополнительные характеристики изображения на экране.

Структура байта атрибутов

В биты 0. 2 байта атрибутов записывается код цвета символа, а бит 3 при исходной настройке видеоадаптера, действующей по умолчанию, управляет яркостью символа. Таким образом, каждый символ независимо от других может принимать любой из 16 возможных цветов. Соответствие кодов, записываемых в байте атрибута, конкретным цветам составляет палитру видеосистемы. Палитра устанавливается программно, по умолчанию действует назначение кодов приведенное в таблице:

INT 10h, функция 0Сh. Запись пиксела.

Записывает в видеобуфер точку заданного цвета в заданной графической позиции.

AL-цвет (номер цветового регистра)

DX=графическая строка . . . и выполнить INT 10h

INT 13h, функция 00h. Сброс дисковой системы.

Приводит дисковый контроллер в исходное состояние, позиционирует головки на цилиндр 0 и подготавливает систему к вводу-выводу.

DL=дисковод (00h. 7Fh — гибкий диск ,80h. FFh — жесткий диск)

Примеры по дополнительным ФУНКЦИЯМ BIOS дисков.

Прерывание Int 13h, функция 42h: расширенное чтение

Функция осуществляет передачу секторов с заданной области диска в буфер памяти.

Перед вызовом прерывания требуется записать в регистры следующие значения:

• в АН — значение 42h;

• в DL — номер дисковода;

• в DS: SI — пакет дискового адреса.

После завершения операции функция возвращает в регистре АН состояние дисковой системы ( или код ошибки) . В случае аварийного завершения выполнения функции поле счетчика блоков в пакете дискового адреса содержит число блоков, которые были успешно прочитаны (прочитаны до того, как произошла ошибка).

Прерывание Int 13h, функция 43h: расширенная запись

Функция осуществляет передачу секторов из буфера памяти в заданную область диска. Запись данных проводится в режиме верификации, то есть после записи выполняется проверка секторов.

Перед вызовом прерывания требуется записать в регистры следующие значения:

• в АН — значение 43h;

• в AL — код режима записи (0 или 1 — запись без верификации, 2 — запись с верификацией);

• в DL — номер дисковода;

• в DS: SI — пакет дискового адреса.

После завершения операции функция возвращает в регистре АН состояние дисковой системы. В случае аварийного завершения выполнения функции поле счетчика блоков в пакете дискового адреса содержит число блоков, которые были успешно записаны (записаны до того, как произошла ошибка). Причиной аварийного завершения , данной функции может быть отсутствие у заданного устройства поддержки команды записи данных с верификацией.

Проверить наличие поддержки записи с верификацией можно при помощи функции 48h.

Прерывание Int 13h, функция 44h: верификация секторов

Функция осуществляет проверку секторов на диске по их контрольным суммам (без передачи информации между диском и оперативной памятью).

Перед вызовом прерывания требуется записать в регистры следующие значения:

• в АН — значение 44h;

• в DL — номер дисковода;

• в DS: SI – пакет дискового адреса.

После завершения операции функция возвращает в регистре АН состояние дисковой системы. В случае аварийного завершения выполнения функции поле счетчика блоков в пакете дискового адреса содержит число блоков, которые были успешно верифицированы (проверены до того, как произошла ошибка).

Какие проблемы решают за счет использования таких программ ?

Восстановление системных областей (MBR, BOOT). После высокоуровнего форматирования разделов HDD, cтруктуры MBR и BOOT являются константами. Их копируют, например, в секторы 3 и 5 — 0 цилиндра — 0 поверхности этого HDD, и пишут программки их восстановления из этих копий (из сектора в сектор).

С помощью таких программ можно «спасать» файлы используя знание структур файловых систем «вручную».

С помощью таких программ можно «вручную» восстанавливать правильность служебных структур файловых систем.

С помощью таких программ можно тестировать и проводить диагностику HDD и др. устройств, создавать условия для исследования процессов с помощью осцилографа и многое другое .

Источник: al-tm.ru

Билет.Управление внешними устройствами. Архитектура.

Непосредственноеуправление Внешними устройствами ЦП. В основном требуется переместить данные из ВУ в ОЗУ (и наоборот). ЦП по своей инициативе почти никогда не обращается к ОЗУ.

Историческая модель основана на том, что управление осуществлялось с помощью ЦП.

Когда говорится о том, что организовано управление внешним устройством, то подразумевается, что реализуется два потока информации: поток управляющей информации (команды) ; поток данных, т.е. поток той информации, которая начинает двигаться от ОП к внешнему устройству, за счет потока управляющей информации.

Поток управляющей информации обеспечивает управление ВУ, поток данных начинает двигаться от ВУ к ОЗУ в результате выполнения 1ого потока. Оба потока обрабатывает ЦП, что «отвлекает» его от других задач пользователя.

Синхронное управление внешними устройствами с использованием контроллеров внешних устройств: ОЗУ–ЦП–Контроллер внешнего устройства–Внешние устройства

В результате развития аппаратной части компьютера появляются контролеры внешнего устройства. Он упростил жизнь ЦП. Все равно поток команд идет через ЦП, контролер взял некоторые функции: Обнаружение ошибок ; Обеспечение более высокоуровнего интерфейса по управлению ВУ ; Позволяет использовать команды типа «вывести головку на нужный сектор», «…на нужный цилиндр» ; Появилось разделение функций синхронизации. ЦП подавал сигнал и ждал.

Асинхронноеуправление внешними устройствами с использованием контроллеров внешних устройств: ОЗУ–DMA контроллер+контроллер или процессор ввода/вывода= внешнее устройство, ЦП.

Появление контролеров прямого доступа позволяет вывести поток данных, который появляется при обмене с ВУ из ЦП. Это имеет смысл для блокориентированных устройств, подразумевающих большой поток информации. Поток управляющей информации остается в ведении ЦП.

Управление внешними устройствами с использованием процессора или канала ввода/вывода.

Наличее процессоров ввода-вывода позволяет обеспечить высокоуровневый интерфейс для ЦП при управлении внешними устройствами. ЦП предоставляются различные макрокоманды. (например «записать на диск … начиная с …места»)

Билет. Программное управление внешними устройствами

Цели, которые стоят перед программным обеспечением:

1. унификация программных интерфейсов доступа к внешним устройствам (унификация именования, абстрагирование от свойств

2. обеспечение конкретной модели синхронизации при выполнении обмена (синхронный, асинхронный обмен);

3. обработка возникающих ошибок (индикация ошибки, локализация ошибки, попытка исправления ситуации);

корректно обработать эту ситуацию, минимизировать негативные последствия.

4. буферизация обмена – в системе очень многоуровневая, применяется на всех этапах:

— развитые канала ввода-вывода могут иметь встроенный КЭШ, который управляется внутри этих каналов. Эта функция

остается на уровне ОС, этот КЭШ ОС полностью программноориентирован.

5. обеспечение стратегии доступа к устройству (распределенный доступ, монопольный доступ);

6. планирование выполнения операций обмена – возникает, когда возникает конкуренция за доступ к ресурсу.

Схемы буферизации ввода-вывода

а) Без буферизации

Если обмен проходит без буферизации, то совокупное время выполнения программы будет складываться из времени обмена и времени выполнения программы между обменами.

б) Одинарная буферизация

При использовании одиночной буферизации подавляется заказ на обмен с ОП, и процесс может в этом случае не ожидать. Целесообразно использовать, когда идет интенсивный поток заказов на обмен.

в) Двойная буферизация

Модель использования двойной буферизации следующая: в один буфер помещаются данные по обмену, в другой ОС готовит данные за предыдущий обмен.

г) Циклическая буферизация

Возможна ситуация, когда поток заказов на обмен > пропускной способности системы в некоторые моменты.

Тогда есть несколько вариантов действий:

1.Принимаем решения о порядке обработки запросов

2. начинаем учитывать приоритеты

3. осуществляем случайный выбор.

Проблема: Обмены могут быть зависимы друг от друга. В таком случае некоторые варианты не подходят.

Билет. RAID системы.

RAID система представляет собой набор независимых дисков, которые рассматриваются ОС как единое дисковое устройство, где данные представляются в виде последовательности записей, которые называются полосы. /*Полосы цилиндрически распределены по дисковому устройству. */

Семь уровней RAID систем.

RAID 0 (без избыточности)

Не является настоящим RAIDуровнем, поскольку не использует избыточность для повышения эффективности.

Пользовательские и системные данные распределяются по всем дискам массива.

RAID 1 (зеркалирование) Предполагает наличие массивов устройств. 1ая группа – циклическое распределение устройств по уровням 2ая группа-копия первой. Запись идет параллельно и независимо.

RAID 2 избыточность с кодами Хэмминга. Также используется разделение на полосы. Обмен с синхронизацией головок чтения записи. Часть дисковых устройств предназначены для хранения содержательной части информации. При считывании осуществляется одновременный доступ ко всем дискам. Данные запроса и код коррекции ошибок передаются контролеру массива.

При наличии однобитовой ошибки контролер способен быстро ее откорректировать, так что доступ для чтения в этой схеме не замедляется. При записи происходит одновременное обращение ко всем дискам массива.

RAID 3 (четность с чередующимися битами) 4 диска содержательные – для размещения логических данных. 5ый – контрольная избыточная информация.

Суть: Если представить, что модель RAID состоит из 5 дисков. В этих 5 дисках 4 диска содержательные, т.е. для размещения логического диска с соответствующими полосками. 5-й диск – это контрольная избыточная информация. Содержимое пятого диска выражается по формулам через содержимое первых 4.То есть определенный разряд 5-го диска представляется как «исключающее или» для соответствующих ему содержательных разрядов. В случае гибели какого-нибудь из устройств утверждается, что информацию на этом устройстве можно восстановить по другой формуле.

RAID 4Он не синхронизированный. Схема примерно та же самая: имеется 4 устройства для логического диска, на которых располагаются полосы, и 5-е устройство, в котором находятся контрольные суммы. Контрольная сумма вычисляется по той же самой формуле, что и в RAID 3.

RAID 5 (распределенная четность – циклическое распределение «четности») Это использование циклического распределения контрольного диска. Суть: в RAID 3 и RAID 4 есть некоторая диспропорция в распределении потока обмена, т.о. контрольный диск циклически распределен по всем устройствам, т.е. вся работа равномерно распределяется.

RAID 6 (двойная избыточность – циклическое распределение четности с использованием двух схем контроля: N+2 дисков)

RAID 6 – это двойная избыточность. Делается еще одно дополнительное устройство для хранения избыточной информации.

Дата добавления: 2018-08-06 ; просмотров: 396 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник: studopedia.net