DMA (ang. Direct Memory Access - bezpośredni dostęp do pamięci) - technika, w której inne układy (np. kontroler dysku twardego, karta dźwiękowa, itd.) mogą korzystać z pamięci operacyjnej RAM lub (czasami) portów we-wy pomijając przy tym procesor główny - CPU. Wymaga to współpracy ze strony procesora, który musi zaprogramować kontroler DMA do wykonania odpowiedniego transferu, a następnie na czas przesyłania danych zwolnić magistralę systemową (przejść w stan wysokiej impedancji). Sam transfer jest już zadaniem wyłącznie kontrolera DMA. Realizacja cykli DMA może przez urządzenie być zrzucona na specjalny układ (np. w komputerach PC) lub być realizowana samodzielnie przez urządzenie.

DMA ma za zadanie odciążyć procesor główny od samego przesyłania danych z miejsca na miejsce (np. z urządzenia wejściowego do pamięci), procesor może w tym czasie zająć się 'produktywnym' działaniem, wykonując kod programu pobrany uprzednio z pamięci RAM do pamięci cache operujący na danych w tejże pamięci zgromadzonych. Specjalizowane układy wspomagające DMA (np. te spotykane w PC) potrafią też kopiować obszary pamięci dużo szybciej niż uczyniłby to programowo procesor główny.

Istnieje specjalna procedura DMA, "Scatter-Gather" (dosł.: rozrzuć-zbierz), pozwalająca przenosić dane do wielu obszarów pamięci w pojedynczym transferze. Pod względem skutków jest to równoważne połączeniu łańcuchowemu kilku transferów, jednak jest wyraźnie szybsze.

PROCESOR stanowi główny element komputera, jest odpowiedzialny za przetwarzanie informacji.

• Układy sterujące odpowiadają za dostarczenie arytmometrowi danych do obliczeń z pamięci operacyjnej, oraz przekazywanie wyników obliczeń z powrotem do pamięci oraz właściwą kolejność przetwarzania

• W arytmometrze odbywają się wszystkie obliczenia realizowane przez komputer.

• W rejestrach procesora przechowuje się adresy wybranych miejsc pamięci operacyjnej oraz dane i wyniki obliczeń

Mikrokomputer jest to system mikroprocesorowy, na który składają się mikroprocesor, pamięć i układy wejścia-wyjścia. Wszystkie elementy systemu są połączone za pomocą trzech magistrali: adresowej, danych i sterującej.

Mikroprocesor to układ cyfrowy wykonany jako układ scalony o wielkim stopniu scalenia, zdolny do wykonywania operacji cyfrowych według dostarczonych mu instrukcji. Stanowi on jednostkę centralną mikrokomputera. Na mikroprocesor składają się zespoły rejestrów jednostki centralnej, układ sterowania (CU) z rejestrem rozkazów i dekoderem rozkazów, jednostka arytmetyczno-logiczna (ALU). Zespoły te są połączone ze sobą wewnętrzną magistralą danych. Podstawowym parametrem stosowanym do klasyfikacji mikroprocesorów jest długość słowa, na którym wykonywane są operacje (8, 16, 32, 64-bitowe). Przykład 8-bitowe: Zilog Z80, Intel 8080, Motorola 6800. Przykład 16-bitowe: Intel 8086, Zilog Z8000, Motorola 68000.

Mikrokontroler to całkowicie autonomiczny system mikroprocesorowy, który z reguły nie potrzebuje współpracować z układami zewnętrznymi. Używany jest głównie do sterowania urządzeniami elektronicznymi. Przykład: Intel 8051, Amtel AVR, Microchip Technology PIC.

Współpraca jc z urządzeniami peryferyjnymi i zewnętrznymi jest realizowana na dwa

sposoby:

· przez programowe testowanie (odpytywanie, przeglądanie) stanu urządzeń (polling),

· w systemie przerwań.

Metoda z przeglądaniem programowym polega na okresowym sprawdzaniu zawartości rejestru kontrolno-sterującego lub odpowiednich bitów (flag przerwań) związanych z każdym urządzeniem peryferyjnym i na podstawie tego określenie, czy urządzenie wymaga obsługi, czy też nie. Obsługa priorytetowa (kolejność obsługi) jest tu realizowana przez ustalenie odpowiedniej kolejności testowania urządzeń. Urządzenie o największym priorytecie jest testowane w każdym cyklu sprawdzania jako pierwsze, natomiast urządzenie o najmniejszym priorytecie jako ostatnie. Wadą takiego rozwiązania jest długi czas oczekiwania urządzeń na obsługę, ponieważ jc musi w każdym cyklu sprawdzić wszystkie urządzenia, nawet jeśli nie wymagają one obsługi.

Znacznie bardziej efektywny jest system (układ) przerwań. Umożliwia on

natychmiastowe, czasowe wstrzymanie aktualnie wykonywanej sekwencji programu użytkownika (rys. 2.25) i przejście do innej sekwencji programu związanej z obsługą określonego zdarzenia (przerwania), zaistniałego w urządzeniach peryferyjnych. Generalnie, schemat obsługi przerwania jest następujący:

· urządzenie peryferyjne wykrywa wystąpienie określonego zdarzenia wymagającego

reakcji mk,

· urządzenie peryferyjne zgłasza jc, za pośrednictwem układu przerwań, żądanie

przerwania,

· jc przerywa aktualnie wykonywaną sekwencję programu i zachowuje w specjalnym

obszarze pamięci - stosie (stack), wszystkie dane związane z aktualnie wykonywanym programem,

· jc przechodzi do wykonywania programu napisanego specjalnie przez użytkownika do obsługi danego zdarzenia,

· po wykonaniu tego programu jc odtwarza ze stosu dane związane z przerwanym

programem i kontynuuje wykonanie przerwanego programu.

Możemy wyróżnić następujące źródła przerwań:

· przerwanie zewnętrzne (wywołane sygnałem o odpowiednim zboczu: narastającym lub

opadającym lub poziomiem (najczęściej niskim) na dedykowanym pinie),

· przerwanie od urządzeń wewnętrznych (np. portów, liczników, komparatorów,

przetworników A/C),

· przerwanie programowe (ustawienie odpowiedniego bitu, wykonanie rozkazu np. TRAP

w mk ST72215G lub INTR w mk COP880).

Ponadto, przerwania mogą być maskowalne, tzn. można je zablokować zerując przypisane

im bity maskujące lub niemaskowalne (najczęściej jest nim przerwanie programowe).

Można wyróżnić następujące systemy przerwań:

· system przerwań z programowym przeglądaniem urządzeń,

· system przerwań z automatyczną detekcją źródła przerwania - system przerwań

wektoryzowany.

System operacyjny jest warstwą oprogramowania operującą bezpośrednio na sprzęcie, której celem jest zarządzanie zasobami systemu komputerowego i

stworzenie użytkownikowi środowiska łatwiejszego do zrozumienia i wykorzystania.

Zasada działania systemu

operacyjnego

-Odwołania do jądra systemu przez system przerwań lub specjalne instrukcje (przerwanie programowe)

- Dualny tryb pracy — tryb użytkownika (ang. user mode) i tryb systemowy (ang. system mode)

- Wyróżnienie instrukcji uprzywilejowanych,

wykonywanych tylko w trybie systemowym

-Sprzętowa ochrona pamięci

- Uprzywilejowanie instrukcji wejścia-wyjścia

-Przerwanie zegarowe

Klasyfikacja rejestrów procesora

- Rejestry ogólnego przeznaczenia (ang. general purpose registers) — mogą przechowywać dowolne wartości (np.

tymczasowe wyniki), a ich zawartość nie ma bezpośredniego wpływu na sposób przetwarzania lub wybór danych

- Rejestry specjalnego przeznaczenia (ang. special purpose registers) — rejestry, które pełnią szczególną rolę w czasie

wykonywania programu (np. licznik rozkazów, wskaźnik stosu)

- Rejestry ogólnego przeznaczenia ze specyficzną funkcjonalnością — mogą na ogół przechowywać dowolne

wartości, ale spełniają szczególną funkcję w czasie wykonywania niektórych instrukcji (np. licznik pętli, rejestr

bazowy)

Typowe rejestry procesora

- Akumulator — przechowuje operand lub wynik operacji arytmetycznej

- Licznik rozkazów — zawiera adres następnej instrukcji do wykonania

- Rejestr flagowy — zawiera bity, które są ustawiane w celu zasygnalizowania specyficznego stanu przetwarzania (np.przeniesienie, przepełnienie, bit znaku, bit przerwania itp.)

Tryby adresowania

- natychmiastowy — operand znajduję się w pamięci wraz z kodem rozkazu (stanowi składową samego rozkazu)

- bezpośredni — operand znajduję się w pamięci pod adresem wskazanym bezpośrednio w rozkazie

- rejestrowy — operand znajduje się w jednym z rejestrów procesora, wskazanym odpowiednio w rozkazie

- pośredni — operand znajduje się w pamięci pod adresem przechowywanym w miejscu wskazanym w rozkazie.

- rejestrowy pośredni — operand znajduję się w pamięci pod adresem przechowywanym w jednym z rejestrów, wskazanym w rozkazie

-indeksowy — operand znajduję się w pamięci pod adresem przesuniętym o pewną wartość podaną w rozkazie w stosunku do adresu przechowywanego w jednym z rejestrów, również wskazanym w kodzie rozkazu (adres operandu jest sumą zawartości rejestru oraz

przesunięcia)

- bazowy indeksowy — adres operandu powstaje przez zsumowanie zawartości dwóch rejestrów — bazowego i indeksowego — oraz wartości przesunięci podanego w kodzie rozkazu

---