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
0
CODICE
INs
OPERANDI
dev, D0
CNZV P I
------
COMMENTO
Il dato contenuto nel
buffer del device dev è
trasferito nella
destinazione D0.
dev ->d0
1
OUTs
S,dev
------
Il dato sorgente S viene
trasferito nel buffer del
device dev.
S->dev
2
START
dev
------
Viene azzerato il flip-flop
STATUS del dev e viene
avviata l'operazione.
3
JR
dev, D1
------
4
JNR
dev, D1
------
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
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.
CLASSE
111
31
TIPO
29 28
24 23
k
I/O
s
16 15 14 13 12 11
-----
-----
9 8
MODO
6 5
DEST
32
0
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
sei pronta??
si /no
pd32
periferica 1
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 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: 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 programmato – PROTOCOLLO DI HANDSHAKING IMPLEMENTATO A
SOFTWARE
I/O AB
I/O DB
I/O CB
PD32
I/O RD
START
WAIT
READY
“0”
STARTD
SELECT
REG
SCA
O.C.
R
Q
STATUS
S
Q
COMPLETE STARTDEV
SCO
Interfaccia di Input / Impl
1.
2.
3.
4.
Aspettare finché la periferica DeviceIn non è disponibile
Avvio la periferica così che possa produrre informazioni
Aspetto la sua terminazione
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 programmato – PROTOCOLLO DI HANDSHAKING IMPLEMENTATO A
SOFTWARE
PD32
I/O WR
I/O AB
I/O DB
I/O CB
START
READY
STARTD
DEC
SELECT
REG
SCA
O.C.
R
Q
STATUS
S
Q
COMPLETE STARTDEV
SCO
Interfaccia di Output / Impl
1.
2.
3.
4.
Aspettare finché la periferica DeviceOut non è disponibile
Scrivi il dato sul registro di interfaccia
Avverto la periferica che può considerare un nuovo dato.
Aspetto la sua terminazione
Aspetta1:
JNR DeviceOUT, Aspetta 1
OUT R0, DeviceOUT
START DeviceOUT
Aspetta2:
JNR DeviceOUT, Aspetta2
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