S. Ribaric, AIOR 1

12. ULAZNO-IZLAZNI PODSUSTAV RACUNALA

• Nacini izmjene podataka izmedu racunala i vanjske logike• Ulazno-izlazni podsustav• DMA (Direct Memory Access) – Izravni pristup memoriji• Iznimke i prekidi

S. Ribaric, AIOR 2

Nacini izmjene podataka izmedu racunala i vanjske logike:

• Programirani U/I- uvjetni- bezuvjetni

• Prekidni U/I prijenos

• Izravni pristup memoriji (DMA)

S. Ribaric, AIOR 3

•Programirani U/I- uvjetni- bezuvjetni

• Prekidni U/I prijenos

S. Ribaric, AIOR 4

Izravni pristup memoriji (DMA)

S. Ribaric, AIOR 5

Ulazno-izlazni sustav (U/I sustav)

Zadatak: Prijenos informacije (podataka) izmedu memorijeili CPU-a i vanjskog svijeta

U/I sustav: - U/I uredaji (periferni uredaji)- upravljacka jedinica U/I uredaja- programska oprema (“drajveri”) posebno

dizajnirana za podršku U/I operacija

S. Ribaric, AIOR 6

Klasifikacija U/I sustava prema ukljucenosti CPU-a u izvodenjeU/I operacija:

• U/I operacije pod potpunim upravljanjem CPU-aCPU izvodi programe koji zapocinju, vode i završavaju U/Ioperacije

• U/I uredaj može imati sklopove koji generiraju zahtjeve zaposluživanje – prekidni U/I prijenos

S. Ribaric, AIOR 7

Uvjetni programirani U/I prijenosKoraci:1. Procitaj status U/I uredaja2. Ispitaj statusi utvrdi da li je uredaj spreman za prijenos3. Ako nije spreman vrati se n KORAK 1.

ako je spreman zapocni prijenos

S. Ribaric, AIOR 8

WAIT: TSK 1

JMP WAIT

IN 2

S. Ribaric, AIOR 9

WAIT: IN 1 ; Procitaj I/O status i unesi ga u acc.CPI READY ; Usporedi ga usputno s maskomJNZ WAIT ; Ako je zastavica Z≠ 0 skoci na WAITIN 2 ; procitaj podatak s vrata 2

Programski odsjecak za Intel 8080

S. Ribaric, AIOR 10

• U/I uredaj (podržan dodatnim sklopovima) ima sposobnost prijenosa bloka podataka bez intervencije CPU-a:

- U/I uredaj (ili upravljacki sklop U/I uredaja) generiraadrese podataka koji se prenose (npr. glavnom sabirnicom)

- ima sklopovlje za zahtijevanje sabirnice

CPU još uvijek je odgovoran za zapocinjanje prijenosa svakogbloka podataka

• DMA – sve ili skoro sve funkcije upravljanja U/I mogu bitiprenijete s CPU-a na posebnu U/I jedinicu – U/I procesor iliU/I kanal

S. Ribaric, AIOR 11

• U/I uredaj izvodi prijenos bez izvodenja programa u CPUCPU i U/I uredaj komuniciraju samo kada CPU treba U/I uredaju predati upravljanje sabirnicom

Izravni pristup memoriji

S. Ribaric, AIOR 12

Veliki racunalni sustavi

S. Ribaric, AIOR 13

Mali racunalni sustavi

S. Ribaric, AIOR 14

U/I krug

S. Ribaric, AIOR 15

Multiprogramiranje – dopušta da se nekoliko nezavisnih programa odvija istodobno u istom racunalu – npr. jedan od programa podržava U/I prijenos

Kratka povijest:

C. Strachey (1959.) – obrada dodjeljivanjem vremena (engl.timeshared)

TX-2, Lincoln Lab., (1957.) - prekidni sustav za upravljanjeU/I operacijama

CDC 6600 (1964.) - periferijski U/I procesori

S. Ribaric, AIOR 16

Izravan pristup memoriji (DMA)

S. Ribaric, AIOR 17

Koraci:

1. CPU izvodi dvije I/O instrukcije – definira sadržaje IOAR iDC – faza inicijalizacije

2. Kad je U/I uredaj spreman za prijenos aktivira DMA request/CPU ceka slijedecu DMA ispitnu tocku i oslobada sabirnicu podataka i adresnu sabirnicu/

3. CPU generira DMA acknowledge4. U/I uredaj prenosi5. Ako DC nije 0 a uredaj U/I nije više spreman za slanje ili

primanje podataka tada DMA vraca upravljanje CPU-u takoda dezaktivira DMA request linju

6. Ako je DC = 0 , U/I uredaj vraca upravljanje CPU-u. U/Iuredaj može poslati zahtjev za prekid CPU-u. CPU “zaustavlja” U/I uredaj ili zapocinje novi DMA prijenos

S. Ribaric, AIOR 18

Ispitne tocke za DMA i prekid tijekom instrukcijskogciklusa

S. Ribaric, AIOR 19

Prekidi

Vrste prekida:• U/I prekidi – aktivirani kao zahtjev za U/I operacijom

– aktiviran nakon uspješnog (ili neuspješnog)završetka U/I operacije /npr. dojava “kanalslobodan” nakon završetka prijenosa ili nastupgreške/

• Prekidi izazvani vremenskim sklopovima (engl. timer interrupts)

• Prekidi zbog grešaka u sklopovima (npr. ispad napajanja, greškaparnosti u memoriji)

• Programski prekidi (engl traps)• SVC (Supervisory Calls) – preklop iz korisnickog nacina u

nadgledni nacin rada)

S. Ribaric, AIOR 20

U/I prekidi – tipovi prekidnih sustava

Tip 1. Jednorazinski s jednim prioritetom (Single-level, single priority)

• sve linije za zahtijevanje prekida su vezane kao logicko ILI na jedan ulaz (prekidni bistabil)

S. Ribaric, AIOR 21

Tip 1. – nastavak

- nakon pohranjivanja minimalnog konteksta prekidna rutina(koja zapocinje na unaprijed definiranoj memorijskoj lokaciji)mora prepoznati uzrocnika prekida!

- to cini tako da ispituje status pojedinih U/I uredaja prozivanjem(engl. polling)

S. Ribaric, AIOR 22

Tip 2. Višerazinski s jednim prioritetom (Multiple-level, Single-priority)

• pored postavljanja prekidnog bistabila IFF (kao u slucaju 1.)

svaki U/I uredaj nakon slanja zahtjeva za prekid šalje i kod za identifikaciju uzrocnika prekida (selekcijski kod). Kod se postavlja nakon što su svi prijašnji prekidi bili potvrdeni

• jedan prioritet odnosi se na prioritet na sklopovskoj razini,

Razlika izmedu Tipa 1. i Tipa 2.:

Tip 2. zahvaljujuci selekcijskom kodu dopušta brže raspoznavanje izvora prekida

S. Ribaric, AIOR 23

Tip 3. Jednorazinski s više prioriteta (Single-level, Multiple-priority)

• Kao i u Tipu 1. postoji samo jedan prekidni bistabil ali su uredaji U/I smješteni na prekidnoj liniji po prioritetnom redu• Kada uredaj zahtijeva posluživanje on sprecava prekide drugih uredaja nižeg prioriteta• ustroj uredaja uzduž zajednicke linije prekida odgovara shemiulancavanja (engl. daisy chaining)

S. Ribaric, AIOR 24

Tip 4. Višerazinski s više prioriteta (Multiple-level, Multiple-priority)

• Kombinacija Tipova 2. i 3.• Uredaji su rasporedeni ulancano (kao u Tipu 3.)• Za vrijeme potvrde prekida šalje se selekcijski kod

S. Ribaric, AIOR 25

Uvjeti za prihvacanje prekida

S. Ribaric, AIOR 26

Tipicni koraci tijekom prekida:

1. CPU identificira izvor prekida2. CPU dobiva ili odreduje adresu prekidnog programa3. PC i SR (“minimalni kontekst”) se pohranjuju4. U PC se smještava adresa prekidnog programa5. Izvodi se prekidni program6. Iz prekidnog programa upravljanje se prenosi na prekinuti

program izvodenjem instrukcije tipa RTI (RETURN FROM INTERRUPT ) ili RTE (RETURNFROM EXCEPTION) cime se obnavlja stanje procesora

S. Ribaric, AIOR 27

Prekidni sustav s jednom prekidnom linijom

S. Ribaric, AIOR 28

Prekidni sustav s više prekidnih linija

S. Ribaric, AIOR 29

Linije za potvrdu prihvacanja prekida (idealizirano)

S. Ribaric, AIOR 30

Ulancavanje (Daisy Chain)

S. Ribaric, AIOR 31

Vektorski prekidni sustav

S. Ribaric, AIOR 32

Mikroprocesor MC 68000 odgovara na prihvaceni zahtjev za (sklopovski) prekid na sljedeci nacin (sažetak):1. Sadržaj SR se pohranjuje interno;2. Zastavica S u registru SR se postavlja u 1;3. Zastavica pracenja T postavlja se u 0;4. Prekidne zastavice I0, I1 i I2 poprimaju vrijednosti razine

prihvacenog prekida;5. Mikroprocesor izvodi sabirnicki ciklus potvrde prekida:

- procesor obavještava vanjske uredaje da je prekid prihvacenFC0 = 1, FC1 = 1; FC2 = 1;

- adresne linije A1-A3 poprimaju vrijednost stanja na linijamaza zahtijevanje prekida;- procesor pribavlja vektorski broj što ga postavlja na sabirnicu podataka vanjski uredaj – uzrocnik prekida. Vektorski broj za sklopovski prekid nalazi se u rasponuod 64 – 255;

S. Ribaric, AIOR 33

6. Pohranjuje se minimalni kontekst;7. PC se puni sa cetiri bajta iz odgovarajuce pozicije u tablici

vektora iznimaka koja je smještena u nultoj stranici memorije(prvih 1024 bajtova);

Format vektora iznimke:rijec 0: znacajnijih 16-bitova rijec 1: manje znacajnih 16-bitova (vektor iznimke predstavlja adresu prve instrukcije prekidnogprograma)

Adresa vektora iznimke (mjesto gdje se on nalazi u nultoj stranici) dobiva se pomocu vektorskog broja koji se posmiceza dva mjesta ulijevo!

S. Ribaric, AIOR 34

Višestruko ulancavanje

S. Ribaric, AIOR 35

Vektorska prekidna shema

S. Ribaric, AIOR 36

Upravljacki sklop prioritet prekida s maskiranjem

S. Ribaric, AIOR 37

Primjer ulancane konfiguracije (vektorski prekidni sustav)

S. Ribaric, AIOR 38

Primjer ulancane konfiguracije (vektorski prekidni sustav)/nastavak/