Материал: 6261

36

Рисунок 2.2 (б) — Полный набор регистров процессоров x86

Среди всего множества команд, которые типично работают на всех процессорах и используют сегмент стека, выделяются две:

•вызов функции или команда: CALL адрес; в стек заносятся сегмент и смещение следующей за вызовом функции команды, а затем управление передается по адресу указанному в команде CALL; когда функция заканчивает работу, то из стека извлекаются сохраненные сегмент и смещение, которые помещаются в регистры CS и IP, обеспечивая продолжение работы программы;

•прерывание или команда: INTERRUPT номер; кроме сегмента и смещения команд, в стек заносятся регистр флагов, тем самым сохраняя полное состояние процессора; номер соответствует номеру слова в начале памяти ЭВМ, в которые предварительно записаны значения сегмента и смещения, соответствующие адресу обработчика прерывания; таким образом обычно обрабатываются аппаратные прерывания процессора.

Другим важным аспектом работы аппаратного обеспечения ЭВМ является способ выполения операций ввода-вывода.

Существует три таких способа:

Программируемый ввод-вывод, когда процессор посылает команды, связанные с ним контроллеру, а затем периодически проверяет состояние модуля ввода-вывода с целью проверки завершения операции.

Ввод-вывод, управляемый прерываниями, когда процессор посылает необходимые команды контроллеру ввода-вывода и продолжает выполнять текущий процесс, если нет необходимости в ожидании выполнения операции ввода-вывода. В ином случае, текущий процесс приостанавливается до получения сигнала прерывания о завершении ввода-вывода, а процессор переключается на выполнение другого процесса. Наличие прерываний процессор проверяет в конце каждого цикла выполняемых команд.

Прямой доступ к памяти (direct memory access – DMA). В этом случае, имеется специальный аппаратный модуль прямого доступа к памяти, который управляет обменом данных между основной памятью и контроллером ввода-вывода. При

37

этом, процессор посылает запрос на передачу блока данных модулю DMA, а само прерывание происходит только после передачи всего блока данных.

В современных компьютерах используется прямой способ доступа к памяти, схема которого показана на рисунке 2.3.

Подсистема ввода-вывода должна также учитывать режим работы шины, который может быть пословным или поблочном.

Впословном режиме, контроллер DMA выставляет запрос на перенос одного слова и получает его. Если процессору также нужна эта шина, ему приходится подождать.

Такой механизм называется захватом цикла, потому, что контроллер устройства периодически забирает случайный цикл шины у центрального процессора, слегка тормозя его. На рисунке 2.4, показана позиция цикла команд, в которых работа процессора может быть приостановлена.

Влюбом случае, приостановка процессора происходит только при необходимости использования шины. После этого, устройство DMA выполняет передачу слова и возвращает управление процессору.

Рисунок 2.3 - Схема прямого доступа к памяти с помошью DMA

38

Рисунок 2.4 - Точки прерывания процессора устройством DMA

В блочном режиме, работы контроллер DMA занимает шину на серию пересылок (пакет). Такой режим более эффективен, однако при переносе большого блока данных центральный процессор и другие устройства могут быть заблокированы на существенный промежуток времени.

При большом количестве устройств, от подсистемы ввода-вывода требуется спланировать свою работу в реальном масштабе времени, в котором работают все внешние устройства, запуск и приостановку большего количества разных драйверов, обеспечив, при этом, время реакции каждого драйвера на независимые события контролеров внешних устройств. С другой стороны, необходимо минимизировать загрузку процессора задачами ввода-вывода. Решение этих задач достигается на основе многоуровневой приоритетной схемы обслуживания прерываний: для обеспечения приемлемого уровня реакции, все драйверы распределяются по нескольким приоритетным уровням, в соответствии с требованиями по времени реакции и временем использования процессора.

Для реализации приоритетной схемы управления используется общий диспетчер прерываний ОС.

Замечание

Более подробное рассмотрение алгоритмов взаимодействия подсистемы ввода-вывода с процессором, шиной и контроллерами внешних устройств требует знания и использования диаграмм сигналов, а также знания и практику работы с языком ассемблера. Все эти вопросы выходят за рамки нашего курса.

39

2.2 BIOS и его функции

BIOS (Basic Input/Output System - базовая система ввода-вывода) - часть системного программного обеспечения ЭВМ, реализованная в виде микропрограмм, и обеспечивающая для ОС доступ к материнской плате компьютера.

В персональных IBM PC-совместимых компьютерах, использующих процессоры x86, BIOS записана в микросхему EEPROM (ПЗУ) и обеспечивает:

•начальное тестирование компьютера;

•последующую загрузку ОС.

Имеется два типа перезаписываемых микросхем, хранящих BIOS:

•микросхемы EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory): содержимое этих микросхем может стерто при помощи ультрафиолетового излучения специальным прибором (старый вариант);

•микросхемы EEPROM (Electrically EPROM): содержимое этих микросхем может быть стерто при помощи электрического сигнала, при этом микросхему не обязательно вынимать из компьютера.

Когда появились первые персональные компьютеры, необходимость в BIOS стала критической. Производители компьютеров стали использовать продукты BIOS трех производителей: AMI, AWARD и Phoenix. Пользователю предоставляется «Меню», которое позволяет выполнить некоторые специальные настройки компьютера. Для обеспечения выполнения настроек все указанные фирмы используют текстовый режим монитора, который именуется псевдографикой. Поскольку основные настройки BIOS выполняются самими производителями компьютера, то обычному конечному пользователю следует использовать только две возможности:

установка приоритетов загрузочных устройств;

установка адресов дополнительных плат расширения компьютера.

Для сохранения настроек BIOS используется микросхема CMOS-памяти.

CMOS - complementary metal-oxide-semiconductor - технология построения электронных схем или КМОП - комплементарный металлооксидный полупроводник. Кроме настроек BIOS в CMOS хранятся параметры конфигурации компьютера. Суммарный объем памяти CMOS составляет всего 256 байт и потребляет она очень мало энергии. Стандартная батарейка, расположенная на материнской плате питает CMOS в течение 5-6 лет, после чего необходимо производить ее замену.

Замечание

Если срок батарейки, питающей CMOS, подошел к концу, то при включении ЭВМ на экран будет выведено сообщение, например, "CMOS-checksum error".

Для возобновления работы компьютера необходимо будет установить новую батарейку взамен вышедшей из строя.