Kompiuterių architektūra ir operacinės sistemos
Doc. Stasys Maciulevičius
Kompiuterių katedra
2009-2010 S.Maciulevičius 2
Septintosios paskaitos santrauka
• Virtualioji atmintis
• Adresų transliacija ir jos spartinimas
• Magnetiniai diskai
• Kompaktiniai diskai ir DVD
• Flash atmintis
2009-2010 S.Maciulevičius 3
Aštuntosios paskaitos turinys
MAGISTRALĖS – Duomenų perdavimo operacijos– Magistralės– Magistralės arbitražas– Magnetinių diskų sąsajos
PERTRAUKTYS – Pertraukčių esmė, jų apdorojimas– Pertraukčių kontroleris
2009-2010 S.Maciulevičius 4
MAGISTRALĖS ir SĄSAJOS
Kompiuterių architektūra ir operacinės sistemos
2009-2010 S.Maciulevičius 5
Duomenų perdavimo operacijos
• Multipleksuota įrašymo:
• Multipleksuota skaitymo:Kreipties
laikas DuomenysAdresas
Laikas
Adresas (1 ciklas)
Duomenys (2 ciklas)
2009-2010 S.Maciulevičius 6
Duomenų perdavimo operacijos
• Nemultipleksuota įrašymo:
• Nemultipleksuota skaitymo:
Adresas ir duomenys perduodami skirtingomis
magistralėmisDuomenys
Adresas
Duomenys
Adresas
2009-2010 S.Maciulevičius 7
Duomenų perdavimo operacijos
• Skaitymas-modifikacija-įrašymas:
• Duomenų bloko perdavimas:
Duom.1Adresas
Laikas
Adresas (1 ciklas)
Perskait. duomenys
Įrašomi duomenys
Duom.2 Duom.3 Duom.4
2009-2010 S.Maciulevičius 8
Magistralės kompiuteryje
• Procesoriaus magistralė. Ją naudoja valdymo schemų rinkinys (chipset) informacijos mainams su procesoriumi. Kai kurie šaltiniai ją vadina sistemos magistrale (FSB - Front Side Bus)
• Sparčioji grafikos magistralė. Taip vadinama didelės spartos magistralė, jungianti grafikos posistemį su valdymo schemų rinkiniu (chipset) ir procesoriumi (anksčiau - AGP – Accelerated Graphics Port, dabar – PCI Express)
• Atminties magistralė. Taip vadinama magistralė, jungianti atminties posistemį su valdymo schemų rinkiniu (chipset) ir procesoriumi. Kai kuriose sistemose tai ta pati procesoriaus magistralė
2009-2010 S.Maciulevičius 9
Magistralės kompiuteryje
• Lokalinė I/O magistralė. Taip vadinama didelės spartos įvesties ir išvesties magistralė, jungianti sparčius I/O įtaisus su atminties posistemiu, su valdymo schemų rinkiniu (chipset) ir procesoriumi. Dabar populiariausia – PCI
• Standartinė I/O magistralė. Tai nedidelės spartos įvesties ir išvesties magistralė, jungianti tokius I/O įtaisus, kaip pelė, klaviatūra. Gera seniems įtaisams prijungti. Populiariausia – USB
2009-2010 S.Maciulevičius 10
Sistema su Pentium 4
Procesoriaus
Atminties
Lokal.I/O
Grafikos
Stand.I/O
2009-2010 S.Maciulevičius 11
PCI magistralė
PCI (Peripheral Component Interconnect)• turi specialius mikroschemų rinkinius valdymui
(chipsets)• sistemose būna 3-4 PCI lizdai• turi daug tinkamų išplėtimo kortų• dalis Intel sukurtojo “Plug and Play” standarto
Pirminis jos variantas (PCI 1.0) – 32 bitų magistralė, dirbanti 33 MHz dažniu; pralaidumas – 133 MB/s
Sparčiausias jos variantas (PCI 2.1) – 64 bitų magistralė, dirbanti 66 MHz dažniu; pralaidumas – 533 MB/s
2009-2010 S.Maciulevičius 12
AGP magistralė
Intel firma PCI 2.1 magistralės pagrindu sukūrė naują grafikos adapterių prijungimo standartą - AGP (Accelerated Graphics Port).
Dvigubas perdavimo dažnis užtikrina maksimalią 528 MB/s (AGP 2x - 66 x 4 x 2) duomenų perdavimo spartą.
Be pagrindinio (“klasikinio”) režimo dar turime:– AGP 4x (versija 2.0) – 1,05 GB/s – AGP 8x (versija 3.0) – 2,1 GB/s.
Pastarasis sudaro galimybę prijungti daugiau nei 1 AGP grafikos įtaisą
Nuo 2004 metų ją pakeitė PCI Express
2009-2010 S.Maciulevičius 13
AGP magistralė
PCI perdavus adresą po kurio laiko pasirodo duomenys.
AGP magistralėje pradžioje perduodamas adresų paketas, po kurio laiko pasirodo duomenų paketas. Pagal AGP specifikaciją paketo ilgis gali būti iki 256 užklausų.
2009-2010 S.Maciulevičius 14
PCI Express magistralė
• PCI architektūros kompiuteriai iki šiol tenkino daugumos vartotojų poreikius, tačiau dabar PCI jau pradeda stabdyti asmeninių kompiuterių plėtrą. Todėl Intel pradėjo gaminti įtaisus, skirtus PCI Express architektūros kompiuteriams
• PCI Express magistralė standartu pripažinta 2002 m. rugpjūtį. Nuo tada dauguma VSR (chipsets), procesorių, grafikos plokščių gamintojų rengia naujajam standartui pritaikytus įtaisus
2009-2010 S.Maciulevičius 15
PCI Express magistralė
• PCI Express įtaisams jungti naudoja dvikrypčią nuoseklią jungtį “taškas-taškas” (point-to-point), kurį vadina lane
• PCI Express du įtaisus sujungia kanalu, kurį sudaro viena dvikryptė jungtis (vadinama 1x) arba kelios (2x, 4x, 8x, 12x, 16x ir 32x) dvikryptės jungtys
2009-2010 S.Maciulevičius 16
PCI Express magistralė
• Nuo PCI ji skiriasi didesne informacijos perdavimo sparta (iki 8 GB/s viena kryptimi), mažesne maitinimo įtampa (0,8 V) ir tuo, kad yra nuosekli, vienu kanalu (X1) kiekviena kryptimi galinti perduoti duomenis 250 MB/s sparta
PCI Express variantas
1x 2x 4x 8x 12x 16x 32x
Pralaidumas, GB/s 0,5 1 2 4 6 8 16
2009-2010 S.Maciulevičius 17
PCI Express magistralė
2009-2010 S.Maciulevičius 18
PCI Express magistralė
• Manoma, kad PCI Express magistralė karaliaus artimiausius 10 metų.
• Magistralės kanalas turi dvi laidininkų poras duomenims abiem kryptimis perduoti. Išorinių įtaisų gamintojams susitarus, visų įtaisų jungtys gali būti tokios pat (pvz., kaip ir USB įtaisų).
• Įtaisus prie PC Express galima prijungti neišjungus kompiuterio.
2009-2010 S.Maciulevičius 19
USB magistralė
USB – nuosekli magistralė, pasižyminti vidutine perdavimo sparta. Ji skirta įvairiems periferiniams įtaisams (klaviatūrai, spausdintuvams, skeneriams, garso sistemoms, ...) prijungti.
Pirmoji jos specifikacija paskelbta 1996m.
Sisteminėje plokštėje gali būti 2 USB jungtys. Kompiuterio korpuse dažniausiai jas rasime užpakalinėje sienelėje, tačiau dabar jos būna ir kompiuterio priekyje
2009-2010 S.Maciulevičius 20
USB magistralė
Informaciniai signalai ir maitinimas perduodami 4 linijų kabeliu:
– dvi linijos skirtos signalams perduoti nuosekliu kodu; signalų lygiai - <0,3V (0) arba >2,8V (1).
– dvi linijos skirtos maitinimui; leistina srovė – 0,5A; ji gali būti pakankama paprastiems įtaisams maitinti.
USB 1.1 sparta (12 Mbit/s) pakankama tokiems PC periferiniams įtaisams, kaip telefonai, skaitmeninės kameros, klaviatūros, pelė, skaitmeninės vairalazdės (joysticks) skeneriai, spausdintuvai, prijungti
2009-2010 S.Maciulevičius 21
USB magistralė
USB 2.0 (jos sparta 480 Mbit/s) leidžia prijungti žymiai sudėtingesnius ir didesnio duomenų srauto reikalaujančius įtaisus – didelės skiriamosios gebos video konferencijų kameras, naujos kartos skenerius, spausdintuvus ir sparčius išorinės atminties įtaisus
USB 3.0 specifikacija paskelbta 2008 metais. Pagal ją sparta padidinta dar 10 kartų – iki 5 Gbit/s. Tai pusantro karto viršija diskams prijungti naudojamos SATA-300 spartą. Srovė padidinta iki 0,9 A, įvestas energijos taupymo režimas
2009-2010 S.Maciulevičius 22
Magistralių parametrai
Magistralėms apibūdinti naudojami tokie parametrai:
• Magistralės plotis – duomenų linijų skaičius. Pirmosios magistralės buvo 8 bitų, dabar jų plotis pasiekė 64 bitus, o kai kurių – 128 ir daugiau bitų (vidinės).
• Magistralės dažnis – maksimali duomenų perdavimo sparta.
• Magistralės pralaidumas – maksimalus teorinis duomenų kiekis, perduodamas per laiko vienetą (sekundę).
2009-2010 S.Maciulevičius 23
Magistralių parametrai
Magistralė Plotis Dažnis (MHz)
Pralaidumas (MB/s)
8 bitų ISA 8 8.33 4.2
16 bitų ISA 16 8.33 8.4
EISA 32 8.33 33
VLB 32 33 133
PCI 32 33 133
64 bitų PCI 64 66 533
Tiesa, M santrumpose MHz ir MB reiškia skirtingus dydžius. Todėl faktiškai vietoj 133 turėtų būti 127 ir pan.
2009-2010 S.Maciulevičius 24
Magistralių parametrai
Magistralė Plotis Dažnis (MHz)
Pralaidumas (MB/s)
64 bitų PCI 64 66 533
AGP 32 66 266
AGP (2 mode) 32 66 2 533
AGP (4 mode) 32 66 4 1066
AGP (8 mode) 32 66 8 2132
PCI Express (1) 1 2.5 GHz 500
PCI Express (16) 16 2.5 GHz 8000
PCI Express (32) 32 2.5 GHz 16000
2009-2010 S.Maciulevičius 25
Įtaisai magistralėje
SkS2S1
I1 ImI1
2009-2010 S.Maciulevičius 26
Nuoseklus magistralės arbitražas
Magistralės arbitras
0
IN#
Užkl. Leid.
OUT#
BUSY#
Leidimas naudotis mag.
Magistralės arbitras
1
IN# OUT#
Užkl. Leid.
2009-2010 S.Maciulevičius 27
Lygiagretus magistralės arbitražas
REQUEST3
REQUEST2
REQUEST1
REQUEST0
Magis- tralės arbitra
s
Naud. magis- trale vald.
Naud. magis- trale vald.
Naud. magis- trale vald.
Užkl. Leid. Užkl. Leid. Užkl. Leid.
GRANT3
GRANT2
GRANT1
GRANT0
13 2
2009-2010 S.Maciulevičius 28
Magnetinių diskų sąsajos
Sąsaja Savybės
IDE Paprasta, primityvi sąsaja. Duomenys perduodami per ISA magistralę, todėl lėtai. Talpa nedidelė, naujuose PC nenaudojama
EIDE Pagerinta IDE. Duomenys perduodami per PCI magistralę, todėl sparčiai. Talpa didelė, nebrangūs ir efektyvūs. Ultra DMA – geriausias iš EIDE variantų
SCSI Našiausia, diskai jungiami per brangų kontrolerį. Paprastai MD yra aukščiausios kokybės, spartūs. SCSI kontroleris gasli valdyti iki 7 MD, kurių talpa 45GB.
2009-2010 S.Maciulevičius 29
IDE sąsaja
IDE (Integrated Drive Electronics) – vienas iš anksčiausiai
(1986) priimtų svarbių PC aparatūros standartų,
apibrėžiančių duomenų perdavimą tarp procesoriaus ir
standžiojo disko. IDE reiškia, kad kontrolerio funkcijos
realizuojamos standžiojo disko įtaise, todėl diskas
jungiamas tiesiai prie sistemos magistralės.
IDE žinomas ir kitu vardu – ATA (AT Attachment).
Pagal IDE specifikaciją galima prijungti ne daugiau kaip
du diskus, kurių kiekvieno talpa siekia 528MB (1986
atrodė, kad to pakaks).
2009-2010 S.Maciulevičius 30
EIDE sąsaja
EIDE (Enhanced IDE) standartas buvo priimtas 1993 metais, siekiant peržengti IDE ribojimus.
Kiekviename iš 2 kanalų gali dirbti du diskai - vedantysis (master) ir vedamasis (slave).
EIDE žymiai išplėtė ir disko talpos ribą – iki 8,4 GB, o vėliau – iki 137 GB.
Diskuose imta naudoti diskų kešus, kurie priima ar perduoda duomenis blokais (paprastai 4 KB).
Kad būtų galima prijungti ne tik diskus (ir CD-ROM), įvesta ATAPI (AT Attachment Packet Interface) specifikacija, kurioje yra specialios komandos, reikalingos CD-ROM. ATAPI naudoja ir CRC.
2009-2010 S.Maciulevičius 31
Serial ATA sąsaja
Tai – nuoseklioji sąsaja.
SATA (Serial ATA ) sparta – 150 MB/s ir daugiau. Jos privalumas – ne tik didesnė sparta, bet ir ploni kabeliai (lygiagrečiųjų sąsajų kabeliuose 40 ir net 80 laidininkų!!!).
Šių kabelių ilgis gali siekti 1 m, tuo tarpu kai lygiagrečiųjų – iki 40 cm.
SATA II sparta – 300 MB/s
2009-2010 S.Maciulevičius 32
SATA ir eSATA
Netrukus buvo paskelbta spartesnės SATA specifikacija - SATA 3.0 Gb/s, o 2008 metais SATA 6.0 Gb/s specifikacijos juodraštis; standartas išleistas 2009 metais
Plintant išoriniams atminties įtaisams, 2004 m. paskelbtas eSATA standartas, numatęs kiek kitokius nei SATA įtampų lygius, didesnį kabelių ilgį (iki 2 m.)
2009-2010 S.Maciulevičius 33
SCSI sąsaja
Per SCSI galima prijungti iki 8 įrenginių. Vienas iš šių įrenginių – adapterio plokštė, įstatyta kompiuteryje; 7 likusieji – periferiniai įrenginiai. Prie vieno adapterio galima prijungti standžiųjų diskų kaupiklius, CD-ROM kaupiklius, skenerius ir kitus įrenginius (iš viso ne daugiau kaip 7). Maksimali sparta – 320 MB/s
2009-2010 S.Maciulevičius 34
PERTRAUKTYS
Kompiuterių architektūra ir operacinės sistemos
2009-2010 S.Maciulevičius 35
Pertrauktys
Pertraukiančios (pertrauktį apdorojančios) programos
Pertraukties signalai
Pagrindinėprogra
ma
Kompiuteris
Aplinka
2009-2010 S.Maciulevičius 36
Pertrauktys
Priežastys:• išorinės• vidinėsProcedūra:• pertraukties signalo priėmimas• pertraukties atpažinimas• būsenos įsiminimas• pertrauktį apdorojančios programos
vykdymas• būsenos atstatymas
2009-2010 S.Maciulevičius 37
Pertraukčių tipai
Išorinės (asinchroniškos procesui): • techniniai gedimai (įtampa, …)• laikrodis• kiti procesai ar procesoriai• procesai išoriniuose įtaisuose• vartotojas, operatoriusVidinės (sinchroniškos procesui): • adresavimo klaidos• operandų klaidos (/0, …)• operacijos klaidos (perpildymas, …)• negalima operacija• režimo pakeitimas
2009-2010 S.Maciulevičius 38
Pertraukčių tipai
Programinės (sinchroniškos procesui): • programinės (pertr. sistemai tikrinti)• derinimo (po kiekvienos komandos - analizė)
Vykdymo variantai: • po komandos (dažniausiai)• komandoje (rečiau):
o kai negalima užbaigti (puslapio klaida)o ilgai trunkančioms komandoms
2009-2010 S.Maciulevičius 39
Ar dažnai būna pertrauktys?
VAX 8800 kompiuterio, kuriame buvo naudojamas laiko skirstymo režimas, darbo analizė parodė:
Pertraukties priežastis Intervalas
Įvesties ir išvesties sistema 2,7 ms
Sistemos laikrodis 10,0 ms
Programinės pertrauktys 1,5 ms
Aparatinės pertrauktys 2,1 ms
Įvertinus viską 0,9 ms
2009-2010 S.Maciulevičius 40
Pertrauktys
Parametrai:• įėjimo signalų skaičius• reakcijos laikas• perjungimo laikas• gylis
Pagr.progr.
Pertr. sign.
Pertr. apdor.Reakcijos
Perjungimolaikas laikas
2009-2010 S.Maciulevičius 41
Pertraukčių lygiai ir aptarnavimas
321
321
3
22
11
Užklausos
Vieno lygiosistema
Daugelio lygių sistema
2009-2010 S.Maciulevičius 42
Pertraukties apdorojimas
Apdorojimo procedūra:• pertraukties signalo priėmimas• pertraukties atpažinimas• būsenos įsiminimas• pertrauktį apdorojančios programos
vykdymas• būsenos atstatymas
2009-2010 S.Maciulevičius 43
Pertraukčių kontroleris (Intel)INTA INT
D7 - D0
IR0IR1IR2IR3IR4IR5IR6IR7
Valdymo logika
Pertr. užklaus.regist-
ras
(IRR)
Prioriteto schema
Aptarn. pertr. regist-
ras
(ISR)
Pertr. kaukės registras(IMR)
Duom. magistr. buferis
Skait./ Įrašymo logika
Kaskadinio jungimo
valdymas
RD
WR
A0
CS
CAS0
CAS1
CAS2
SP/EN
2009-2010 S.Maciulevičius 44
Pertraukčių aptarnavimo valdymas
Procesorius gali nurodyti, kaip pertraukčių kontroleris aptranaus pertrauktis:
• Fiksuoti prioritetai – pertraukčių užklausos aptarnaujamos pagal įėjimų eilės tvarką (nuo IR0 iki IR7; aukščiausias – IR0); šis režimas nustatomas automatiškai
• Cikliniai prioritetai – aptarnautas įtaisas gauna žemiausią prioritetą toje grupėje
• Speciali kaukė – kai kurių įtaisų pertraukčių užklausos gali būti ignoruojamos.
2009-2010 S.Maciulevičius 45
Pertraukčių kontroleris
IOWCIORCINTA
Pertraukčių įėjimai
Duomenų magistr.
Adreso selektoriu
s
Adreso magistr.
Į P
Kaskadiniam jungimui
CS A0 INT D7-D0
WR
RD 8259A CASINTA
IR0 IR7
2009-2010 S.Maciulevičius 46
Pertraukčių kontrolerio naudojimas
IR0IR1 INTIR2…IR7 CAS
Išor. įtaisas 02
Išor. įtaisas 03
Išor. įtaisas 09
Išor. įtaisas 10
Išor. įtaisas 11
Išor. įtaisas15
IR0IR1 INTIR2IR3IR4IR5IR6IR7 CAS
NMIINTR
Vedantysis8259A
Vedamasis8259A
Procesorius
Išor. įtaisas 00
Išor. įtaisas 01
PC/XT kompiuteriuose buvo tik viena mikroschema 8259A
PC/AT kompiuteriuose buvo 2 mikroschemos 8259A, sujungtos tokiu būdu:
Šiuolaikiniuose kompiuteriuose pertraukčių kontroleris įeina į valdymo schemų rinkinį (chipset)
2009-2010 S.Maciulevičius 47
Pertraukčių vektoriai
Procesorius gali nurodyti, kaip pertraukčių kontroleris aptranaus pertrauktis:
• Fiksuoti prioritetai – pertraukčių užklausos aptarnaujamos pagal įėjimų eilės tvarką (nuo IR0 iki IR7; aukščiausias – IR0); šis režimas nustatomas automatiškai
• Cikliniai prioritetai – aptarnautas įtaisas gauna žemiausią prioritetą toje grupėje
• Speciali kaukė – kai kurių įtaisų pertraukčių užklausos gali būti ignoruojamos.
2009-2010 S.Maciulevičius 48
x86 pertrauktys ir išskirtinės situacijos
Vekt. Nr. Aprašymas Adresas
0 Dalybos klaida 0000000h
1 Derinimo išskirtinė situacija 0000008h
2 NMI (nemaskuojama) pertr. 0000010h
3 Stabdymo traškas (INT3) 0000018h
4 Perpildymas 0000020h
5 Pažeista segmento riba 0000028h
6 Blogas operacijos kodas 0000030h
... ...
10 Neleistinas užduoties segmentas 0000050h
... ...
14 Puslapio klaida 0000070h
... ...
2009-2010 S.Maciulevičius 49
Pertrauktys ir išskirtinės situacijos
Pertraukties (vektoriaus) numeris – 8 bitų kodas, identifikuojantis pertraukties vektorių.
Pertraukties vektorius – pertraukčių apdorojimo programos adresas arba 8 baitų įrašas pertraukčių deskriptorių lentelėje IDT, kuris nurodo pertrauktį aptarnaujančią programą (paprogramę).
0-31 numeriais pažymėtas pertrauktis atpažįsta CPU, o 32-255 numeriais pažymėtos pertrauktys atpažįstamos tik programiškai
2009-2010 S.Maciulevičius 50
Kitą kartą:
• Valdymo schemų rinkiniai
• Įvesties ir išvesties problemos
• Programa valdomi duomenų mainai
• Tiesioginiai duomenų mainai
• Nešiojami kompiuteriai
• Nešiojamų kompiuterių maitinimas
• Nešiojamų kompiuterių platformos
Top Related