ArchitectureAssembler2015/17_DeviceIO

Внешние устройства и ввод/вывод

Устройства компьютера возожно разделить на два вида:

• внутренние (процессор, ОЗУ);
• внешние (периферийные).

Вычислительная система состоящая только из процессора и памяти мало полезна. Для повышения практической полезности ЭВМ снабжается периферийными устройствами(ПУ).

Внешние(периферийные) устройства ЭВМ, - устройства, предназначенные для внешней машинной обработки информации (в отличие от преобразований информации, осуществляемых центральным процессором). По роду выполняемых операций П. у. подразделяются на след. группы: устройства подготовки данных, служащие для занесения информации на промежуточные носители данных (перфорационные карты, перфорационные ленты, магнитные ленты, магнитные диски и др.); устройства ввода - для считывания информации и её преобразования в кодовую последовательность электрических сигналов, подлежащих передаче в центральный процессор; устройства вывода - для регистрации результатов обработки информации или их отображения (дисплей, принтер, графопостроитель и др.); устройства хранения больших объёмов информации (запоминающие устройства на магнитных дисках ...); устройства передачи информации на большие расстояния, обеспечивающие взаимодействие многих пользователей с ЭВМ (аппаратура передачи данных и др.).

1. ПУ имеют регистры. На программном уровне всё управление ПУ сводится к чтению/записи регистров устройства.

   CPU	r/w	ПУ
   	<->	Data registers
   	-->	Control registers
   	<--	Status registers

   При работе с ПУ процессор выполняет функции, к числу которых относится:

   • арбитраж (выбор устройств по приоритету);
   • поиск периферийного устройства по заданному адресу;
   • передача периферийному устройству команды на исполнение;

   • анализ состояния ПУ (получение от ПУ информации об его состоянии);

   • поискПУ, запрашивающего обслуживание;

   • прием и передача данных от ПУ;

   • управление памятью.

2. Порт(многозначность и связанная с этим путаница). IN, OUT.

3. Отображение регистров на память("MMIO").

4. Программный опрос ПУ, как способ организации взаимодействия.

5. Пример терминала в Mars:

   Tools -> Keyboard adn Display MMIO Simulator

      1 # Memory mapped address of device registers.
      2 # 0xFFFF0000 rcv contrl
      3 # 0xFFFF0004 rcv data
      4 # 0xFFFF0008 tx contrl
      5 # 0xFFFF000c tx data
      6 
      7         .text
      8 main:
      9 loop:
     10         jal     getc
     11         beq $v0,0x32, exit
     12         ori     $a0, $v0, 0
     13         jal     putc
     14 
     15         nop
     16         nop
     17         nop
     18         nop
     19         nop
     20         j loop
     21 exit:
     22         li      $v0, 10
     23         syscall
     24 
     25 getc:
     26 #       v0 = received byte
     27         lui     $t0,0xffff
     28 gcloop:
     29         lw      $t1,0($t0)              # read rcv ctrl
     30         andi    $t1,$t1,0x0001          # extract ready bit
     31         beq     $t1,$0,gcloop           # keep polling till ready
     32         lw      $v0,4($t0)              # read data and rtn
     33         jr      $ra
     34 
     35 putc:
     36 #       a0 = byte to trransmit
     37         lui     $t0,0xffff
     38 pcloop:
     39         lw      $t1,8($t0)              # read tx ctrl
     40         andi    $t1,$t1,0x0001          # extract ready bit
     41         beq     $t1,$0,pcloop           # wait till ready
     42         sw      $a0, 0xc($t0)           # write data
     43         jr      $ra
     44 
     45         .data
   

6. Примечания:
   • Keyboard adn Display MMIO Simulator использует для управления и передачи данных четыре регистра:
   • 0xFFFF0000 rcv contrl

     • bits	31-2	1	0
       target	unused	Int	ready

   • 0xFFFF0004 rcv data

     • bits	31-8	7-0
       target	unused	Resived Byte

   • 0xFFFF0008 tx contrl

     • bits	31-2	1	0
       target	unused	Int	ready

   • 0xFFFF000c tx data

     • bits	31-8	7-0
       target	unused	Transmitted Byte