CALCOLATORI ELETTRONICI
• BUS I/O PD32
• POLLING / BUSY WAITING
• PROGETTAZIONE INTERFACCE
INPUT / OUTPUT
I/OBus PD32
I/O Address bus fatto da 8 bit Quante periferiche possiamo collegare al massimo?????
Istruzioni I/O PD32 Classe 7
TIPO CODICE OPERANDI C N Z V P I COMMENTO
0 INs dev, D0 - - - -
1 OUTs S,dev - - - -
2 START dev - - - -
3 JR dev, D1 - - - -
4 JNR dev, D1 - - - -
Il dato contenuto nel buffer del device dev è
trasferito nella destinazione D0.
dev ->d0
Il dato sorgente S viene trasferito nel buffer del
device dev.
S->dev
Viene azzerato il flip-flop STATUS del dev e viene
avviata l'operazione.
Se STATUS=1 salta alla destinazione D1 Se STATUS=0 salta alla
destinazione D1
Per la destinazione D0 sono ammessi tutti i tipi di indirizzamento tranne quello immediato.
Per la destinazione D1 sono ammessi tutti i tipi di indirizzamento tranne quello con registro e immediato.
Formato istruzioni I/O
TIPO k I/O s --- --- MODO DEST
CLASSE
31 29 28 24 23 16 15 14 13 12 11 9 8 6 5 3 2 0
Per l’operando dev sono ammessi solo due modi di indirizzamento: diretto con registro ed assoluto. Per la codifica di questo campo sono usati i campi I/O e k.
Il campo I/O può assumere solo due valori:
• 01 => indica che il contenuto di k è l’indirizzo del device
• 10 => indica che l’indirizzo del device è contenuto nel registro generale specificato dai primi 3 bit del campo k
Poichè i campi modo sorgente e sorgente sono inutilizzati, la sorgente S viene specificata nei campi modo destinazione e destinazione.
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Interazione con le periferiche
Esistono due tipologie di interazione con le periferiche:
• Sincrona
• Asincrona
In questa parte faremo focus sull’interazione sincrona, successivamente verrà analizzata anche
quella asincrona.
Interazione Sincrona
Come tutte le comuni interazioni sincrone, il software si preoccupa di testare direttamente lo stato della periferica. L’architettura deve quindi dare la possibilità al processore di poter sapere in ogni istante la situazione attuale della periferica. Le tecniche più usare di
interazione sincrona sono:
• Busy Waiting
• Polling
pd32 periferica 1
sei pronta??
si /no
Busy Waiting
Idea che sta dietro all’implementazione del busy waiting:
Loop:
Salta a “Loop” se la periferica non è pronta
Si rimane in attesa attiva attesa attiva che la periferica abbia terminato.
La CPU è impegnata al 100% in questo controllo.
Busy Waiting / Implementazione
Implementazone del busy waiting in assembly pd32:
Aspetta:
Aspetta: JNR Device, Aspetta JNR Device, Aspetta
L’istruzione JNR (Jump Not Ready) salta all’etichetta
“Aspetta” se Device non è pronto, altrimenti se Device è
Ready passiamo alle istruzioni successive.
Polling
verifica circolare se ogni
DEVICE è pronto ad interagire
I/O AB I/O DB I/O CB PD32
DEV 1 DEV 2 DEV 3 DEV 4
Polling / Implementazione
Implementazone del polling in assembly pd32:
POLL1: JR D1, Op_Dev_1 POLL2: JR D2, Op_Dev_2 POLL3: JR D3, Op_Dev_3 JMP POLL1
Ciclicamente il software interroga le periferiche per sapere se qualcuna è pronta ad interagire. Altrimenti va avanti
fino a che non arriva alla fine delle periferiche da
controllare e con una jmp non condizionata torna sulla
prima da controllare.
Progettazione Periferiche
Progettiamo la nostra interfaccia hardware con lo scopo di fornire i componenti e le interconnessioni di supporto alla
“semantica” della periferica (ovvero cosa deve fare la periferica).
1. Si deve poter leggere e/o scrivere sulla periferica
2. Si deve poter selezionare la periferica tra tutte quelle collegate al bus
3. Si deve poter interrogare la periferica per sapere se ha completato il suo lavoro
4. Si deve poter avviare la periferica
Classico protocollo alto livello
In maniera molto astratta si dovranno eseguire almeno queste operazioni per interagire con le periferiche:
1. Aspettare che la periferica sia disponibile 2. Avviare la periferica
3. Scrivere / Leggere i dati d’interesse
Interfaccia di Input
I/O AB I/O DB I/O CB
SELECT
REG
I/O RD START
STARTD
O.C.
READY
SCA SCO
R Q S Q STATUS
PD32
I/O programmato – PROTOCOLLO DI HANDSHAKING IMPLEMENTATO A SOFTWARE
STARTDEV COMPLETE
“0”
WAIT
Interfaccia di Input / Impl
1. Aspettare finché la periferica DeviceIn non è disponibile 2. Avvio la periferica così che possa produrre informazioni 3. Aspetto la sua terminazione
4. Leggo il risultati acquisiti
Aspetta1: JNR DeviceIN, Aspetta1 START DeviceIN
Aspetta2: JNR DeviceIN, Aspetta2 INB DeviceIN, R0
Cosa implementa??
Busy Waiting / Polling??
Interfaccia di Output
I/O AB I/O DB I/O CB
DEC
SELECT
REG
START I/O WR
STARTD
O.C.
READY
SCA SCO
R Q S Q STATUS
PD32
STARTDEV COMPLETE
I/O programmato – PROTOCOLLO DI HANDSHAKING IMPLEMENTATO A SOFTWARE
Interfaccia di Output / Impl
Aspetta1: JNR DeviceOUT, Aspetta 1 OUT R0, DeviceOUT
START DeviceOUT
Aspetta2: JNR DeviceOUT, Aspetta2
1. Aspettare finché la periferica DeviceOut non è disponibile 2. Scrivi il dato sul registro di interfaccia
3. Avverto la periferica che può considerare un nuovo dato.
4. Aspetto la sua terminazione
Cosa implementa??
Busy Waiting / Polling??
Esercizio Busy Waiting
Dato questo frammento di codice implementante il codice di una funzione chiamante, definire la subroutine IN_AD1 che legge 100 dati dalla periferica di input con indirizzo AD1 e li memorizza in un vettore a partire dall’indirizzo 1280.
Si noti che i dati sono già nei registi R0 ed R1
…
MOVL #100, R0 ; numero di dati da acquisire MOVL #1200, R1; ind.dell’area di memoria JSR IN_AD1
Soluzione Busy Waiting
…
MOVL #100, R0 ; numero di dati da acquisire MOVL #DATI, R1; ind.dell’area di memoria JSR IN_AD1
…
IN_AD1: PUSH R0 ; salv. registri usati PUSH R1
PUSH R2
IN_1: JNR AD1, IN_1 ; attende che AD1 sia pronto IN_2: START AD1 ;avvia l’acquisizione di un dato
IN_3: JNR AD1, IN_3 ; attende che il dato sia stato prodotto INW AD1, R2; prelievo del dato e….
MOVW R2, (R1)+ ; … suo trasferimento in memoria SUBL #1, R0 ; decremento del contatore
JNZ IN_2 ; acquisizione di un altro dato se non si è azzerato ; il contatore POP R2 ; ripristino dei registri usati
POP R1 ;
POP R0 ;
RET ; ritorno al programma chiamante
Esercizio Polling
Dato questo frammento di codice implementante il codice di una funzione chiamante, definire la subroutine IN_AD1 che legge 100 dati da quattro periferiche di input con
indirizzo AD1, AD2, AD3, AD4 e li memorizza in un vettore a partire dall’indirizzo 1280. I 100 dati possono essere letti non necessariamente rispettando l’ordine delle periferiche, ovvero 25 da AD1, 25 da AD2…….
Si noti che i dati sono già nei registi R0 ed R1
…
MOVL #100, R0 ; numero di dati da acquisire MOVL #1200, R1; ind.dell’area di memoria JSR IN_AD1
Soluzione Polling
IN_AD1: PUSH R0 ; salv. registri usati PUSH R1
PUSH R2
POLL1: JR AD1, IN_1 ; attende che AD1 sia pronto POLL2: JR AD2, IN_2
POLL3: JR AD3, IN_3 POLL4: JR AD4, IN_4
JMP POLL1
…
IN_i: START ADi ; avvia l’acquisizione di un dato
WAIT: JNR ADi, WAIT ; attende che il dato sia stato prodotto INW ADi, R2 ; prelievo del dato e….
MOVW R2, (R1)+ ; … suo trasferimento in memoria SUBL #1, R0 ; decremento del contatore
JZ EXIT
JMP POLL_i+1 ; continua a interrogare le altre periferiche EXIT: POP R2 ; ripristino dei registri usati
POP R1 ;
POP R0 ;
RET ; ritorno al programma chiamante
