БІЛЕТ № 14№1 Оптичний привід - пристрій, призначений для зчитування та запису інформації на оптичні носії (диски). Механічна частина приводу, керована його мікросхемою, забезпечує обертання в ньому диска і зчитування з нього даних за допомогою лазера і системи лінз. В залежності від типів використовуваних носіїв, бувають приводи для зчитування/запису CD, DVD і Blu-Ray. Принцип, за яким працюють сучасні оптичні носії інформації, використовується досить давно. По своїй суті, CD, DVD та Blu-Ray - не що інше, як вдосконалена вінілова грампластинка. Дані на цих носіях зберігаються у вигляді дуже тонкої спіральної доріжки, нанесеної на спеціальний захищений шар диска, яка складається з мікроскопічних заглиблень і проміжків між ними. Ці заглиблення називаються пітами (англ. pit - заглиблення), а проміжки - лендами (англ. land - простір). Під збільшенням їх можна добре розглянути. Зчитування здійснюється за допомогою лазера, який, відбиваючись від поверхні диска, що обертається, потрапляє на фотоелемент. Відображення з величезною швидкістю змінюється у відповідності зі структурою пітів і лендів доріжки, передаючи таким чином інформацію, зашифровану у ній. Потім це " тремтіння лазера" дешифрується згідно певного алгоритму. Першим оптичним носієм, розробленим ще в 1979 році, став компакт-диск (англ. Compact Disc, CD). Глибина пітів цього носія становить близько 100 нм, ширина - 500 нм. Мінімальна довжина піта CD - від 850 нм. Крок між доріжками спіралі - близько 1, 5 мкм. У приводах для читання носіїв цього типу використовується червоний лазер з довжиною хвилі 780 нм, який фокусується на робочій поверхні в точку діаметром близько 1, 2 мкм (для кращої уяви: товщина людської волосини становить близько 50 мкм або 50000 нм). Спочатку CD створювався як носій звукової інформації (Audio CD). Трохи пізніше його почали використовувати для зберігання інших даних. Формат запису Audio CD і CD з даними відрізняється, тому звичайні програвачі не можуть зчитувати інформацію з немузичних компакт-дисків. Перші диски були CD-ROM (Read Only Memory - тільки з можливістю читання) і виготовлялися за спеціальною технологією (можливість запису в домашніх умовах відсутня). Пізніше розробили носії, в яких піти являли собою не заглиблення, а ділянки модифікованої поверхні з високим світлопоглинанням, що виникають під спеціальним впливом лазера. Як і у випадку з заглибленими пітами, технологія забезпечувала потрібну зміну інтенсивності відображення лазера і зчитування даних, закодованих у доріжці. Завдяки цьому з’явилися диски типів CD-R і CD-RW (з можливістю запису і неодноразової перезапису користувачами відповідно). DVD - носій, який з'явився дещо пізніше, має той же фізичний розмір і принципи роботи, що і CD, але використовує дуже щільну робочу поверхню. За рахунок більш " мініатюрної" структури доріжки і тоншого червоного лазера з довжиною хвилі всього 650 нм, DVD здатний зберігати в кілька разів більше даних. Спочатку DVD розроблявся як альтернатива морально застарілим відеокасетами для зберігання відеоінформації і тому називався Digital Video Disc (цифровий відеодиск). Але носії цього виду чудово підійшли і для запису інших типів даних. Абревіатуру DVD при цьому почали трактувати як Digital Versatile Disc - цифровий багатоцільовий диск. Але така розшифровка не є офіційною. В залежності від виду даних, що зберігаються, DVD бувають наступних типів: DVD відео-, DVD-Audio (якість звуку значно вище, ніж на Audio-CD), DVD-Data, DVD змішаного типу. Сучасні DVD можуть мати одну або дві робочі сторони. При цьому кожна зі сторін може містити один або навіть два робочих шари. Завдяки цій особливості, на DVD максимального обсягу можна записати до 18 ГБ інформації. DVD і CD, бувають для одноразової запису, або ж можуть перезаписуватися багаторазово (R і RW). При цьому, в залежності від особливостей використовуваного матеріалу і технології запису, розрізняють DVD-R(RW), DVD+R(RW). У технічні подробиці не вдаватимуся. Скажу тільки, що DVD+R(RW) і приводи з їх підтримкою - кращий і безпроблемніший варіант. При записуванні таких носіїв виникає набагато менше помилок. Крім того, DVD+RW можна записувати поверх вже наявних на ньому даних. У випадку ж з DVD-RW попередньо потрібно провести повне очищення диска. Blu-ray Disc (BD, англ. blue ray - синій промінь) - оптичний носій нового типу, що відрізняється ще більш високою щільністю робочої поверхні і забезпечує зберігання великого обсягу даних, у тому числі і високоякісного відео високої чіткості. У назві Blu-ray буква " e" була пропущена навмисне, щоб мати можливість зареєструвати торговий знак. Запис і зчитування BD проводиться за допомогою надтонкого синього лазера з дуже короткою хвилею (405 нм), завдяки чому ширина доріжки на диску звужена до 0, 32 мкм, що вдвічі менше, ніж на DVD. Збільшився не тільки обсяг даних, що зберігаються, але і швидкість їх зчитування. У кілька разів тоншим став і захисний шар, але завдяки використанню нових матеріалів, Blu-ray Disc боїться подряпин не більше, ніж оптичні носії інших типів. Сучасні технології дозволяють записувати на один BD кілька шарів, кожний з яких може містити 23, 3 ГБ даних. Поширеними є диски з кількістю шарів до 4. Хоча, вже створено прототипи ємністю до 500 ГБ, що містять 15-20 шарів. Blu-ray носії продовжують розвиватися і вдосконалюватися. Існують диски для одноразового і багаторазового записування. Розроблена технологія, що дозволяє наносити на один диск шари, призначені для запису DVD і Blu-Ray.
№2 До 16-розрядних МП першого покоління належать МП i8086/i8088 та i80186/i80188, до МП другого покоління - i80286. Мікропроцесор має внутрішній надоперативний запам’ятовувальниий пристрій (НОЗП) ємністю 14x16 байт. Шина адреси 20-розрядна, що дозволяє безпосередньо адресувати до 220= 1048576 комірок пам'яті (1 Мбайт).
У МП i8086 застосовано конвеєрну архітектуру, що дозволяє сумістити у часі цикли вибірки команди та вибірки з пам'яті кодів наступних команд. Це досягається паралельною роботою двох порівняно незалежних пристроїв - операційного пристрою та шинного інтерфейсу. Структурну схему МП i8086 показано на рисунку 1. Опе- раційний пристрій виконує команду, а шинний інтерфейс здійснює взає- модію із зовнішньою шиною: виставляє адреси, зчитує коди команд, записує результати обчислень у пам'ять або пристрої введення- виведення. Операційний пристрій складається з регістрів загального призначення (РЗП), призначених для зберігання проміжних результатів - даних та адрес; АЛП з буферними регістрами; регістра ознак; блока керування та синхронізації (БК та С), який дешифрує коди команд і генерує сигнали керування для всіх блоків схеми МП. Шинний інтерфейс складається з шести байтової регістрової пам'яті, яка називається чергою команд, чотирьох сегментних регістрів: CS, DS, ES, SS, вказівника команд IP, суматора, а також допоміжних регістрів зв'язку і буфера шин (БШ) адреси/даних. Черга команд працює за принципом FIFO (First Input - First Output, тобто перший прийшов - перший пішов) і зберігає на виході порядок надходження команд. Довжина черги 6 байт. Коли операційний пристрій зайнятий виконанням команди, шинний інтерфейс самостійно ініціює випереджаючу вибірку кодів команд з пам'яті у чергу команд. Вибирання з пам'яті чергового командного слова
здійснюється тоді, коли в черзі виявляється два вільні байти. Черга збільшує швидкодію процесора у випадку послідовного виконання команд. У разі вибирання команд переходів, викликів і повернень з підпрограм та обробленні запитів переривань черга команд скидається і вибирання починається з нового місця програмної пам'яті.
Рисунок 1 – Структурна схема мікропроцесора i8086
Ще одним із завдань шинного інтерфейсу є формування фізичної 20-роз- рядної адреси із двох 16-розрядних слів. Першим словом є вміст одного з сегментних регістрів CS, SS, DS, ES, а друге слово залежить від типу ад- ресації операнда або коду команди. Складання 16-розрядних слів відбу- вається зі зміщенням на 4 розряди і здійснюється за допомогою суматора, що входить до складу шинного інтерфейсу. Пам'ять являє собою масив ємністю 1 Мбайт (рисунок 2). У пам'яті зберігаються як байти, так і двобайтові слова. Слова розміщуються у двох
сусідніх комірках пам'яті; старший байт зберігається у комірці зі старшою адресою, молодший - з молодшою. Адресою слова вважається адреса його молодшого байта. На рисунку 2 показано приклад, коли з адресою 00000 зберігається байт 35H, а з адресою 00001 - слово 784AH. Початкові (00000H- 003FFH) і кінцеві (FFFF0H-FFFFFH) адреси зарезервовані для системи переривань та початкового встановлення відповідно.
У МП i8086 застосовано сегментну організацію пам'яті, яка характеризується тим, що програмно доступною є не вся пам'ять, а лише деякі сегменти, тобто області пам'яті. Усередині сегмента використовують лінійну адресацію.
Рисунок 2 – Програмна модель пам'яті
Упровадження сегментної організації можна пояснити таким чином. Мікропроцесор i8086 являє собою 16-розрядний процесор, тобто він має 16- розрядну внутрішню шину, 16-розрядні регістри і суматори. Прагнення розробників ВІС адресувати якомога більший масив пам'яті зумовило ви- користання 20-розрядної шини даних. Для формування 20-розрядної адреси у 16-розрядному процесорі вико- ристовують інформацію двох 16-розрядних регістрів. У МП i8086 20-роз- рядна адреса формується з двох 16-розрядних адрес, які називають логічними. Перша логічна адреса, доповнена праворуч чотирма нулями, являє собою початкову адресу сегмента ємністю 64 кбайт. Друга логічна адреса визначає зміщення у сегменті, тобто відстань від початку сегмента до ад- ресованої комірки. Якщо вона дорівнює 0000, то адресується перша комірка сегмента, якщо FFFFH - то остання. Отже, логічний адресний простір розподілено на блоки суміжних адрес розміром 64 кбайт, тобто сегменти.
Такий підхід до організації пам'яті зручний ще й тому, що пам'ять логічно поділяється на області коду (програмної пам'яті), даних і стека. Фізична 20-розрядна адреса комірки пам'яті формується з двох 16-розрядних адрес – адреси сегмента Seg і виконавчої адреси ЕА (Executive Address), які додаються зі зміщенням на чотири розряди (рисунок 3).
Рисунок 3 – Формування фізичної адреси
Зміщення адреси сегмента на 4 розряди ліворуч еквівалентне його мно- женню на 24. Тоді фізична адреса дорівнює 16 х Seg + ЕА. Як перша логічна адреса Seg використовується вміст одного із чотирьох сегментних регістрів: CS (Code Segment - сегмент кодів), DS (Data Segment - сегмент даних), ES (Extended Segment - додатковий сегмент даних), SS (Stack Segment - сегмент стека). Друга логічна адреса ЕА або зміщення залежить від сегмента. Так, у сегменті кодів як ЕА використовується вміст лічильника інструкцій IP, у сег- ментах даних значення ЕА залежить від засобу адресації операнда, у сегменті стека використовуються регістри SP або ВР. Перетворення логічних адрес на фізичні завжди однозначне, тобто парі Seg і ЕА відповідає єдина фізична адреса. Зворотне перетворення не є однозначним: фізичну адресу можна подати за допомогою 4096 пар логічних адрес. Фізична адреса позначається у вигляді Seg: EA, де як Seg і ЕА можуть використовуватися і позначення регістрів, і 16-розрядні дані. На рисунку 4 показано розміщення у просторі 1 Мбайт чотирьох сег- ментів по 64 кбайт без перекриття. Початкові адреси сегментів визначаються вмістом 16-розрядних сегментних регістрів, які доповнено праворуч чотирма нульовими бітами. Зміщення в сегменті кодів визначається вмістом регістра IP; зміщення в сегменті даних і додатковому сегменті даних - ефективною адресою ЕА, яка наводиться в команді; у сегменті стека - вмістом регістра SP. У сегментах кодів розміщено коди команд, тобто програму у машинних кодах; у решті сегментів – дані. Програма може звертатися тільки до даних у
сегментах (рисунок 4). Змінюючи вміст сегментних регістрів, можна пересувати сегменти в межах усієї пам'яті 1 Мбайт.
Рисунок 4 – Розміщення сегментів у просторі пам'яті 1 Мбайт
Регістри загального призначення поділяються на регістри даних і ре- гістри-вказівники. До регістрів даних відносять чотири 16-розрядні регістри: АХ, ВХ, СХ, DX. Кожний із цих регістрів складається з двох 8-розрядних регістрів, які можна незалежно адресувати за символічними іменами АН, ВН, СН, DH (старші байти - High) та AL, BL, CL, DL (молодші байти -Low). Регістри-вказівники SP (Stack Pointer - вказівник стека), ВР (Base Pointer - базовий регістр), SI (Source Index - індекс джерела), DI (Destination Index - індекс призначення) є 16-розрядними. Усі РЗП можна використати для зберігання даних, але в деяких командах допускається використання певного регістра за замовчуванням. На відміну від 8-розрядних МП регістр SP зберігає зміщення останньої зайнятої комірки стека відносно початку сегмента стека, а повна адреса стека визначається як SS: SP. Сегментні регістри CS, DS, ES, SS визначають початкові адреси чотирьох сегментів пам'яті. Використання сегментних регістрів визначається типом звернення до пам'яті. №3 Типи керуючих автоматів Залежно від способу зберігання мікропрограм розрізняють керуючі автомати: - З жорсткою логікою; - З гнучкою логікою. У керуючому автоматі з жорсткою логікою вся логіка переходів і вироблення керуючих сигналів визначається жорсткою структурою комбінаційної схеми. Перехід на іншу мікропрограму зажадає зміни комбінаційної схеми. Такий керуючий автомат має комбінаційну схему (КС), де " зашита" ДСА роботи обчислювача і регістр (R) станів автомата (мал. 4). Синхросигнал (С) подається на вхід синхронізації регістра R.
Малюнок 4 Такий автомат, у якого мікропрограми реалізовані апаратно у вигляді комбінаційної схеми, мають високу швидкодію, але не можуть бути перебудовані на іншу мікропрограму. У керуючих автоматах з гнучкою логікою мікропрограми зберігаються в пристрої. При цьому в одній комірці запам'ятовуючого пристрою зберігається одна мікрокоманда або мікрооперацій. Таким чином, завдання реалізації мікропрограми тут полягає в послідовному вилученні мікрокоманд з комірок пам'яті за лічильником мікрокоманд (СЧМК), що задає адреси комірок ЗУ (мал. 5).
Малюнок 5 Гнучкість такого автомата полягає в тому, що для реалізації іншої мікропрограми, тут достатньо її записати на місце колишньої. Структура УА зберігається незмінною, але швидкодія його нижче ніж у УА з жорсткою логікою. Різні способи зберігання мікропрограм у цих автоматів і викликає різний підхід до їх проектування.
|
