Výrok "Pokud nejste príliš bohatí a velmi excentričtí, nebudete mít důvod, proč si dopřát luxus počítače ve vaší domácnosti." (E.Yourdon, 1975)

Komunikace periférií s CPU  mohou nastat čtyři základní situace  periferie vyžaduje pozornost CPU  periferie zasílá data CPU  CPU zasílá data periferii  periferie zasílá data do RAM  CPU musí v každém okamžiku vědět s jakou periferií komunikuje  jednoznačnost komunikace zajistí tzv. systémové prostředky

Systémové prostředky  adresy I/O portů  hardwarová přerušení IRQ  kanály DMA  Poznámka - není možné přidělit stejný systémový prostředek (stejné IRQ, stejný rozsah adres I/O, stejné DMA) více periferiím, protože by došlo ke konfliktu

Adresy I/O portů  umožňují komunikovat CPU s každým zařízením v PC zvlášť  každý PC má 64 K adres I/O  každá periférie má pro komunikaci s CPU vyhrazen určitý rozsah těchto adres  adresace probíhá po adresových vodičích sběrnice (CPU sdělí řadiči sběrnice co adresuje - RAM či I/O)  příklad použití  sběrnice ISA má k dispozici 1K  spodních 256 adres (000h-0FFh) vyhrazeno komponentám základní desky  horních 768 adres (100h-3FFh) vyhrazeno pro přídavné desky  ostatní sběrnice mohou adresovat 64K adres (0000h-FFFFh)

Přenos dat mezi pamětí a periférií  1) PIO (Programable I/O)  CPU posílá příkazy periferii prostřednictvím adres I/O  CPU vyhradí sběrnici pro danou periferii  periferie připraví k přenosu požadovaná data  CPU přenese data po sběrnici z periferie do RAM (příp. naopak)  celý přenos řídí CPU => velké zatížení  2) DMA (Direct Memory Access)  CPU pošle počáteční příkaz periferii prostřednictvím adres I/O  periferie požádá CPU o přímý přístup do RAM - vybudí vodič DREQ (DMA Request)  CPU povolí přímý přístup-vybudí vodič DACK (DMA Acknowledge)  vodič DREQ a vodič DACK tvoří jeden tzv. DMA kanál  pak se data přenesou po datových vodičích sběrnice přímo do paměti RAM  3) řízené sdílení sběrnice (bus mastering)

Řízené sdílení sběrnice  umožňuje přímou komunikaci periférií mezi sebou  rychlost přenosu dat mezi periferiemi je omezena pouze parametry sběrnice  při přenosu není zatížen CPU  při přenosu není zatížena RAM  nevýhoda – sběrnice ISA umožňuje sdílené řízení sběrnice, ale v systému může být pouze jedna řídící deska. Sběrnice EISA, MCA, PCI umožňují větší počet řídících desek

Obvyklé použití DMA kanálů

Nevýhody PIO a DMA  nevýhody PIO  je pomalejší než DMA  zatěžuje CPU  CPU musí řídit komunikaci  periférie nemohou komunikovat přímo mezi sebou  nevýhody DMA  periférie nemohou komunikovat přímo mezi sebou  DMA na sběrnici ISA je pomalé (frekvence 4,77 MHz - zpětná kompatibilita)  kanály 0-3 mohou někdy využívat pouze 8-bitový přístup na sběrnic  pro 16-ti bitové karty raději použít kanál DMA 5-7  raději nepoužívat DMA 4 (kaskáda)

Přehled režimů PIO a DMA

Volání CPU periférií  periferie může získat pozornost CPU dvěma způsoby  výběrem (polling)  CPU neustále sleduje činnost periferie  nevýhoda – pomalé, zatěžuje CPU  používá se u jednoúlohových systémů (DOS)  příklad - tisk pod DOSem  hardwarovým přerušením  CPU nesleduje činnost zařízení  pokud periférie vyžaduje činnost procesoru, aktivuje určitý vodič na sběrnici (tzv. kanál přerušení - IRQ)  každá periferie má své číslo IRQ (jednoznačně identifikuje periferii v systému)  dvě periferie nesmějí používat stejné IRQ, jinak vznikne konflikt

Rozdělení přerušení  přerušení způsobí, že procesor (dočasně) přestane provádět právě probíhající program a místo něj začne provádět program jiný, který přerušení tzv. obslouží (tj. reaguje na jev, který přerušení vyvolal)  1) vnější - periférie, uživatel, havarijní stavy…  nemaskovatelné – nelze ho zakázat (NMI)  maskovatelné lze ho zakázat (INTR)  2) vnitřní – chyby operandů, výsledku, krokování…  instrukce INT  co je nutné uložit před obsloužením přerušení?  1) IP (Instruction Pointer) – adresa následující instrukce  2) CS (Code Segment) – segment paměti, kde se nachází program  3) registr Flags – příznaky instrukcí (Zero, Signum, Carry, Overflow…)  o obsloužení přerušení se stará řadič přerušení (obvod 8259)

Zpracování přerušení  1) periferie aktivuje linku přerušení na sběrnici (kanál přerušení - IRQ)  2) řadič IRQ (čip Intel 8259) zpracuje žádosti o přerušení dle priority (přeruší činnost CPU)  3) CPU uloží rozpracovaná data do zásobníku  4) CPU vyhledá příslušný vektor přerušení (odkaz na program řídící příslušnou periferii)  5) po nalezení IVA (Interrupt Vector Address) se spustí program přerušení (interrupt handler)  6) CPU obslouží periferii, která přerušení vyvolala  7) CPU se vrátí k původní práci

Zpracování přerušení Hlavní program Obslužný program Přerušení Pokračování hlavního programu

Příčiny přerušení  1) programová přerušení, patří sem např.:  nepřípustný operační znak  přeplnění  nenaplnění  dělení nulou  nesprávná adresa (není v paměti)  nesprávný tvar operandu  2) technická přerušení, patří sem např.:  výpadek napájení (např. zásah meteoritu )  porucha technického vybavení

Příčiny přerušení  3) I/O (V/V) přerušení od periférie  reprezentuje informaci, že nějaká periférie změnila stav  4) vnější přerušení  příchod signálu na tzv. přerušovací vstupy procesoru  5) instrukční přerušení  pomocí speciálních instrukcí  INT (INTerrupt)  SVC (SuperVisor Call)

Maska přerušení  maska přerušení - registr, kde je každému bitu přiřazena jedna nebo více příčin přerušení  1…příčina odmaskována  0…příčina zamaskována  nastane-li nějaká příčina, pak dojde k přerušení jen je-li příčina v registru odmaskována  je-li zamaskována, je možné ji vést v patrnosti (paměti) a provést ji při nejbližším odmaskování  instrukce CLI n – odmaskuj přerušení STI n – zamaskuj přerušení

Obvyklé použití kanálů IRQ

Konfigurace systémových prostředků  zjistit pomocí softwaru aktuální využití systémových prostředků  pro každou periferii nastavit samostatné IRQ, DMA a I/O  nastavit nejprve periferie s malým množstvím možností  konfigurace může být  hardwarová (jumpery)  softwarová

Hardwarová konfigurace

Softwarová konfigurace  automatická – systém Plug&Play (musí být podporován)  ruční  v systému DOS soubory Config.sys, Autoexec.bat  v systému Windows soubory *.INI nebo Správce zařízení