Sistemas Lógicos II. Aula 11

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1 Sistemas Lógicos II Aula 11 1

2 2 Arquitectura Corrente ++ Read from PC - RPC Increment PC - IPC Write from PC - RPC Transfer from SP - TSP Transfer from PC - TPC Transfer from IR - TIRH Transfer from IR - TIRL Transfer from C - TC TB Transfer from BUS Read SP - RSP Write SP - WSP Increment SP - ISP Decrement SP - DSP OpCode 3 PC Program Counter (16bits) MAR Memory Address Register () Address Instruction Register (IR) () Controlador SP Stack Pointer () 16 Address 2 Sinais controlo RAM and ROM 2 16 palavras de ( endereço) WALU1 WALU2 R ALU Op1 OpN enable R/W BUS de dados ALU

3 3 Arquitectura de alto nível Address BUS CPU Data BUS Memória Control BUS Interessante, não é?!

4 Mas... e para que serve? Por enquanto para pouco... faz umas contas... salta para aqui e para ali... e fica contente... É preciso conseguir interagir com a «coisa»! Dar-he valores, ler valores, guardar valores Dispositivos periféricos Entrada (e.g. Teclados) Saída (e.g. Ecrãs, Impressoras) Entrada/Saída (e.g. Discos, rede de dados) 4

5 Como interagir? Usando os BUS Endereço Dados Controlo Exemplo com dois dispositivos: Ecrã e impressora simples de caracteres. É algo para onde escrevemos um byte de cada vez (caracter ASCII após caracter ASCII) Precisamos Enviar bytes (Dados) Seleccionar dispositivo (Endereço) Saber se podemos enviar o byte (Controlo) 5

6 Vários endereços por Um dispositivo tem vários endereços (e.g. Dados e Estado) Exemplo: impressora sem capacidade de memória (cada vez que se escreve um caracter, ela imprime) Se não se garante que o caracter anterior foi impresso OVERRUN A importância de ter um registo de estado do dispositivo dispositivo E.g. Processo de escrita de uma cadeia de caracteres Em Pseudo-código: EscS: Loop: FIM: Se Str(i)=0 então FIM Ler_estado(LPR) Se Estado=NOK então Loop Escrever(LPR,Str(i)) i++ Salta EscS Retorna 6

7 7 Arquitectura de alto nível + CPU Interface circuts Teclado Address BUS Data BUS Control BUS Interface circuts Estado Estado Estado Rede Interface circuts Sinais de controlo para Input/Output (I/O) Read Write Identificação se é Memória ou Input/Output (M/IO no 8086) Ecrã Memória

8 E com vários dispositivos? É necessário dar atenção a todos... Quando? Quando necessitam A pessoa não mantém o dedo na tecla até que o computador se lembre de ver o que se passa... E como saber quando necessitam? Polling Interrupções 8

9 9 Polling Exemplo de Polling: Lisa and Bart: Are we there yet? Homer: No. Lisa and Bart: Are we there yet? Homer: No. Lisa and Bart: Are we there yet? Homer: No. Ler o registo de estado dos dispositivos com determinada frequência até encontrar um que necessite atenção E.g. Caracter disponível num teclado, caracter impresso, byte disponível na interface de rede, etc... Quando De vez em quando... O programa suspende a sua execução e vai ver o que existe para fazer. Sempre que se faz um fetch Cada 10, 20, 100 fetches... Recorrendo a temporizadores internos Qual a ordem e prioridade Depende dos dispositivos Ume rede a 54MBPS pode disponibilizar bytes mais depressa que um teclado

10 10 Problemas do Polling Tempo... Perde-se imenso a consultar dispositivos parados Podia estar a fazer outra coisa. Podemos não estar lá quando o dispositivo precisa Estar no programa principal Estar preso numa rotina de tratamento de outro dispositivo... Prioridades: começa-se sempre pelo dispositivo mais rápido Alternativa Interrupções No fim da execução da instrução corrente se existir um pedido de interrupção é chamada a rotina correspondente

11 11 Interrupções (interrupts) Interrupções de software e.g. Int 21h Interrupções de hardware Pino INT

12 Interrupção de hardware Quando o CPU identifica um INT faz: Push do registo das FLAGS para o Stack Push dos registos CS e IP Inactiva o sistema de interrupções. Recolhe o byte (8 bits) enviado pelo dispositivo de interrupção e multiplica por 4 para obter o offset na tabela de interrupções Na tabela está o endereço do handler do INT e passa o controlo ao handler. 12

13 Interrupção de software Quando o CPU identifica a instrução INT Push do registo das FLAGS para o Stack Push dos registos CS e IP Inactiva o sistema de interrupções. Utiliza o byte (8 bits) da intrução e multiplica por 4 para obter o offset na tabela de interrupções Na tabela está o endereço do handler do INT e passa o controlo ao handler. 13

14 O handler (rotina de software) O handler quando é evocado faz: O handler normalmente reactiva o sistema de interrupções imediatamente, para permitir interrupções de prioridade superior. Alguns devices necessitam de um sinal para acknowledge de processamento da interrupção Quando termina informa o PIC com um EoI (End Of Interrupt). [Pode ser feito enviando 20h para o porto 20h) Depois executa um IRET (igual ao RET com a diferença de fazer pop das flags) 14

15 Atenção ao ciclo Fetch fetch/execute cycle: lê a instrução da memória e coloca-a no IR Instruction Register e incrementa o PC (prepara-o para a próxima instrução). Verifica o Pin de Interrupt Software INT é mais uma instrução 15

16 16 Arquitectura Corrente ++ Read from PC - RPC Increment PC - IPC Write from PC - RPC Transfer from SP - TSP Transfer from PC - TPC Transfer from IR - TIRH Transfer from IR - TIRL Transfer from C - TC TB Transfer from BUS Read SP - RSP Write SP - WSP Increment SP - ISP Decrement SP - DSP OpCode 3 PC Program Counter (16bits) MAR Memory Address Register () Address Instruction Register (IR) () Controlador SP Stack Pointer () 16 Address 2 Sinais controlo RAM and ROM 2 16 palavras de ( endereço) WALU1 WALU2 R ALU Op1 OpN enable R/W BUS de dados ALU

17 17 Interrupção de software S1 Tpc Disable Int Clear AUX S9 enable, R/ Not W, WPc, ShiftLeft AUX - ShiftAUX Clear AUX - ClearAUX Read AUXL - RauxL Write AUXL- WauxL Read AUXH - RauxH Write AUXH - WauxH Exemplo: int 21h S2 enable, R/ Not W, WauxL, Ipc S8 Raux, WMar, Isp AUX Register () S7 enable, Rpc Isp S3 Rsp, Tsp, ShiftAux S6 Rsp, Tsp S4 enable, RFlags Isp, ShiftAux S5 Isp

18 18 Interrupção de hardware S1 Tpc Disable Int Clear AUX S9 enable, R/ Not W, WPc, ShiftLeft AUX - ShiftAUX Clear AUX - ClearAUX Read AUXL - RauxL Write AUXL- WauxL Read AUXH - RauxH Write AUXH - WauxH S8 Raux, WMar, Isp S2 WauxL AUX Register () S7 enable, Rpc Isp S3 Rsp, Tsp, ShiftAux S6 Rsp, Tsp S4 enable, RFlags Isp, ShiftAux S5 Isp

19 19 Exemplo: iret S1 Dsp S2 Dsp S3 rsp, tsp S5 Dsp S6 Dsp S7 rsp, tsp S4 enable, R/ Not W, Wpc S8 enable, R/ Not W, Wflags