Тема 2.2 Программная поддержка работы периферийных устройств

Студент должен:

иметь представление:

· о программной поддержке работы периферийных устройств

знать:

· программные средства поддержки работы периферийных устройств ПК;

· назначение и принцип организации работы прямого доступа к памяти;

· назначение приостановок, прерываний;

· назначение и принцип организации работы драйвера периферийного устройства ПК;

· спецификацию P&P.

уметь:

· организовывать работу периферийных устройств на программном уровне;

· выбирать и использовать типовые периферийные устройства вычислительной техники;

· подключать стандартные периферийные устройства вычислительной техники;

· устанавливать программное обеспечение (драйверы) периферийных устройств

Программная поддержка работы периферийных устройств ПК. Прямой доступ к памяти. Приостановки. Прерывания. Драйверы периферийного устройства ПК. Спецификация P&P.

Методические указания

Прерывание (англ. interrupt) — сигнал, сообщающий процессору о совершении какого-либо асинхронного события. При этом выполнение текущей последовательности команд приостанавливается, и управление передаётся обработчику прерывания, который выполняет работу по обработке события и возвращает управление в прерванный код.

Виды прерываний:

Аппаратные (англ. IRQ - Interrupt Request) — события от периферийных устройств (например, нажатия клавиш клавиатуры, движение мыши, сигнал от таймера, сетевой карты или дискового накопителя) — внешние прерывания, или события в микропроцессоре — (например, деление на ноль) — внутренние прерывания;

Программные — инициируются выполняемой программой, т.е. уже синхронно, а не асинхронно. Программные прерывания могут служить для вызова сервисов операционной системы.

Обработчики прерываний обычно пишутся таким образом, чтобы время их обработки было как можно меньшим.

До окончания обработки прерывания обычно устанавливается запрет на обработку или даже генерацию других прерываний. Некоторые процессоры поддерживают иерархию прерываний, позволяющую прерываниям более высокого приоритета вызываться при обработке менее важных прерываний.

Вектор прерывания — ячейка памяти, содержащая адрес обработчика прерывания.

Перехват прерывания — изменение обработчика прерывания на свой собственный.

Вектора прерываний объединяются в таблицу векторов прерываний. Местоположение таблицы зависит от типа и режима работы микропроцессора.

Обработчик прерываний (или процедура обслуживания прерываний) — процедура операционной системы или драйвера устройства, вызываемая по прерыванию для выполнения его обработки. Обработчики прерываний могут выполнять множество функций, которые зависят от причины, которая вызвала прерывание и времени выполнения, которые требуются на это обработчику.

Обработчик прерываний—это низкоуровневый эквивалент обработчика событий. Эти обработчики вызываются либо по аппаратному прерыванию, либо соответствующей инструкцией в программе. И соответственно служат для обслуживания устройств или для осуществления вызова функций операционной системы (как способ передачи управления между различными уровнями защиты).

В современных системах обработчики прерываний делятся на Высокоприоритетные Обработчики Прерываний (ВОП) и Низкоприоритетные Обработчики Прерываний (НОП).

К выполнению ВОП обычно предъявляются жесткие требования: малое время на выполнение, малое количество операций, разрешенных к выполнению, особая надежность, так как ошибки, допущенные во время выполнения, могут обрушить операционную систему, которая не может корректно их обработать. Поэтому ВОП обычно выполняют минимально необходимую работу: быстро обслуживают прерывание, собирают критичную информацию, которая доступна только в это время, и планируют выполнение НОП для дальнейшей обработки.

ВОП, которые обслуживают аппаратные устройства, обычно маскируют свое прерывание для того, чтобы предотвратить вложенные вызовы, которые могут вызвать переполнение стека.

НОП завершает обработку прерывания. НОП либо имеет собственный поток для обработки, либо заимствует на время обработки поток из системного пула. Эти потоки планируются наравне с другими, что позволяет добиться более гладкого выполнения процессов. НОП выполняется с гораздо менее жесткими ограничениями по времени и ресурсам, что облегчает программирование и использование драйверов.

В разных системах ВОП и НОП именуются по-разному. В операционной системе Windows ВОП называется обработчиком прерывания, а НОП—отложенный вызов процедуры (DPC, Defered Procedure Call)

DMA

Прямой доступ к памяти (англ. Direct Memory Access, DMA) — режим обмена данными, без участия Центрального Процессора. За счёт чего скорость передачи увеличивается, т.к. данные не пересылаются в ЦП и обратно.

Plug and Play (сокр. PnP), дословно переводится как «включил и играй» — технология, предназначенная для быстрого определения и конфигурирования устройств в компьютере. Разработана фирмой Microsoft при содействии других компаний.

Основные знания о PnP:

PNP BIOS — расширения BIOS для работы с PnP устройствами.

Plug and Play Device ID — индификатор PnP устройства имеет вид PNPXXXX, где XXXX — специальный код.

Вопросы для самоконтроля:

1. Аппаратные средства поддержки работы периферийных устройств: контроллеры;

2. Аппаратные средства поддержки работы периферийных устройств: адаптеры;

3. Аппаратные средства поддержки работы периферийных устройств: мосты.

Раздел 3. Современные и перспективные интерфейсы и шины ввода – вывода

Тема 3.1 Интерфейсные подключения периферийных устройств ПК

Студент должен:

иметь представление:

· о современных и перспективных интерфейсах и шинах ввода – вывода

знать:

· интерфейсные подключения периферийных устройств вычислительной техники;

· функции интерфейсов;

· типы интерфейсов;

· структуру разъемов шин;

· основные характеристики интерфейсов подключения периферийных устройств.

уметь:

· подключать периферийные устройства к ПК

Интерфейсные подключения периферийных устройств ПК. Функции интерфейсов. Типы интерфейсов. Структура разъемов шин. Основные характеристики интерфейсов подключения периферийных устройств.

Методические указания

Интерфейс — коммуникационное устройство (или протокол обмена), позволяющее одному устройству взаимодействовать с другим и устанавливать соответствие между выходами одного уст­ройства и входами другого. Основная функция интерфейса HDD — передача данных из вычислителя ПК в накопитель и обратно. Раз­работано несколько основных типов интерфейсов: ESDI, IDE, SCSI. Распространенный в конце 1980-х гг. интерфейс ESDI не отвечает требованиям современных систем по быстродействию, кроме того, его различные исполнения часто бывают несовмести­мы. В связи с этим ему на смену пришли интерфейсы: IDE (1989 г.), обладающий повышенным быстродействием, и SCSI (1986 г.), имеющий большие возможности для расширения системы за счет подключения разнообразных устройств, а также E-IDE — расши­ренный IDE.

IDE и SCSI — интерфейсы, в которых контроллер выполнен в виде микросхемы, установленной на плате накопителя. В интер­фейсе SCSI между контроллером и системной Шиной введен еще один уровень организации данных и управления, а интерфейс IDE взаимодействует с системной шиной непосредственно.

Основными характеристиками накопителей на жестких дисках, которые следует принимать во внимание при выборе устройства, являются емкость, быстродействие и время безотказной работы.

Емкость винчестера определяется максимальным объемом дан­ных, которые можно записать на носитель. Реальная величина емкости винчестера достигает сотни гигабайт. Прогресс в области создания и производства накопителей на жестких дисках приво­дит к тому, что ежегодно плотность записи (и соответственно емкость) увеличивается примерно на 60%.

Среднее время доступа к различным объектам на HDD опреде­ляет фактическую производительность накопителя. Время, необ­ходимое винчестеру для поиска любой информации на диске, измеряется миллисекундами. Среднее время доступа винчестеров составляет 7 —9 мс.

Размер кэш-памяти (быстрой буферной памяти) винчестеров колеблется в диапазоне от 512 Кбайт до 2 Мбайт.

Скорость передачи данных (Maximum Data Transfer Rate — MDTR) зависит от таких характеристик винчестера, как число байт в сек­торе, число секторов на дорожке, скорость вращения дисков.

Время безотказной работы для накопителей определяется рас­четным среднестатистическим временем между отказами (Mean Time Between Failures — MTBF), характеризующим надежность устройства, указывается в документации и обычно составляет 20 000 — 500 000 ч. Подобно дискетам, жесткий диск делится на дорожки и секто­рыю. Каждая дорожка однозначно опреде­ляется номером головки и порядковым номером, отсчитываемым на диске относительно внешнего края. Накопитель содержит не­сколько дисков, расположенных один над другим; их" разбиения идентичны. Поэтому принято рассматривать пакет жестких дисков в виде цилиндров, каждый из которых состоит из аналогичных дорожек на поверхностях каждого диска. Секторы идентифициру­ются своим порядковым номером относительно начала дорожки. Нумерация секторов на дорожке начинается с единицы, а голо­вок и цилиндров — с нуля.

Вопросы для самоконтроля:

1. Интерфейс: назначение;

2. IDE и SCSI — интерфейсы;

3. Основные характеристики накопителей на жестких дисках

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: