Завдання на курсове проектування ...
з дисципліни "Теорія та проектування ЕОМ":
Розробити структурну схему багатофункціонального контролера ВЗП. На основі обраного варіанта реалізації апаратури контролера розробити функціонально-логічну схему одного з модулів структурної схеми.
Для виконання завдання слід:
1. Вивчити принципи функціонування накопичувачів на ГМД і накопичувачів типу "Вінчестер".
2. Вивчити методи контролю передачі інформації при обміні ЕОМ з ВЗП.
3. Сформулювати вимоги, пропоновані до багатофункціональному контролеру ВЗП.
4. Побудувати дерево функцій контролера.
5. Побудувати алгоритм функціонування багатофункціонального контролера ВЗП.
6. Виділити ділянки алгоритму, що допускають паралельну або конвеєрну обробку.
7. Розподілити оператори алгоритму між функціональними модулями.
8. Розробити варіант структурної схеми.
9. Оцінити бистродейтсвіе, що реалізовується отриманої структурною схемою.
10. Виконати оцінку апаратних витрат на основі обраного критерію.
11. Розробити функціонально-логічну схему одного з функціональних модулів, попередньо узгодивши свій вибір з викладачем.
Індивідуальне завдання (№ 18)
НГМД (FDD) НЖМД (HDD) Швидкість передачі Елементна база
1 2> 625 (K байт/с) МДС та СІС
Принцип функціонування накопичувача на ГМД і накопичувача типу "Вінчестер"
Основою будь-якого дискового пристрою є магнітний носій, що має форму диска. поверхню д логічно поділена на концентричні кола, відлік яких у жорстких дисків починається від центру, а у гнучких дисків - від зовнішньої кромки диска. Кожна така концентрична окружність названа доріжкою.
Однак так як двосторонні дискети і фіксовані диски мають більше однієї поверхні, то для визначення місця розташування байтів даних користуються тривимірними координатами. Поняття доріжка заміняють поняттям циліндр-група доріжок в одній і тій же позиції магнітної голівки на всіх дисках (пластинах) в одному дисководі визначається роздільною здатністю позиціонера магнітних голівок і вертикальної щільністю носія, яка вимірюється числом доріжок на дюйм (track per inch - TPI).
Сектор являє собою зону доріжки, в якій власне і зберігаються розряди даних. кількість секторів на доріжці залежить від багатьох змінних, але в основному визначаються сумарною довжиною поля даних і службового поля, що утворюють сектор (горизонтальная плотность). розмір сектора
звичайно 512К для більшості дискет і деяких типів жорстких дисків.
Інформаційна структура всіх типів дисків для РС АТ однакова і визначається базової операційною системою DOS. З точки зору операційної системи елементарною одиницею розміщення даних на диску є кластер. Він являє собою групу секторів, з точністю до якої відбувається розміщення файлів на диску. В РС АТ: для гнучкого диска один кластер - це два сектори (зазвичай 1К), для жорсткого диска - чотири і більше (> 2K). Точне значення розміру кластера вказується в самому першому секторі диска - завантажувального сектору - Boot sector.
Дискета (або розділ жорсткого диска) структурована таким чином -
Область початкового завантаження Boot sector Системна
Перша копія FAT область
Друга копія FAT не використовується в RAM-дисках диска
Кореневі зміст Root directory
Область даних, включаючи подоглавленія data area
Область початкового завантаження поміщається на доріжці 0, сектор 1, сторона 0 будь-якої дискети або головка 0 жорсткого диска. Область початкового завантаження містить важливу інформацію про тип носія, структуру носія (для механізму позиціонера носія) і про те, що дані розміщені на диску.
Поміщена нижче таблиця демонструємо найбільш розповсюджені формати гнучких і жорстких дисків.
Тип дискети Ємність Мбайт Кількість циліндрів Число секторів на доріжці Число головок
5 1/4 "1,2 80 15 2
3 1/2 "0,72 80 9 2
1,44 80 18 2
Тип жорсткого диска Ємність Мбайт Кількість циліндрів Число секторів на доріжці Число головок
РС/ХТ 10 306 17 4
Тип 20 на РС АТ 30 733 17 5
Сучасні типи 128 1024 17 15
накопичувачів 210 1024 34 12
Завантажувальний сектор диска (або розділу диска) повинен мати такий формат:
Зміщені. Довжина Вміст
+0 3 JMP xx xx NEAR-перехід на код завантаження
3 8 'I' 'B' 'M' '3 ''. ''3' OEM-ім'я фірми версія системи
0 Bh 2 Sector size Байтів на сектор початок ВРВ
0 Dh 1 Cluster size Кластера розмір
0 Eh 2 Reserve sect. Кількість резервних секторів (перед 1-й FAT)
10 h 1 FatCnt Число таблиць FAT
11 h 2 Root Size Макс. число 32-байтових елементів кореневого змісту
13 h 2 Tot Sects Загальне число секторів на носії (розділ DOS)
15 h 1 Media Дескриптор носія (Те ж, що 1-й байт FAT)
16 h 2 Fat Size Число секторів в одній FAT кінець ВРВ
18 h 2 Trk Sects Секторів на доріжку (ціл.)
1 Ah 2 Head Cnt Число головок ЧТ/ЗП (поверхн-тей)
1 Bh 2 Hidn Sec Число прихованих секторів
+1 Eh Розмір форматований порції кореневого сектора, початок коду і даних завантаження
Таблиця розміщення файлів (FAT)
Це зв'язний список, який DOS використовує для відстеження фізичного розташування даних на диску і для пошуку вільної пам'яті для нових файлів. При розміщенні файлу на диску FAT виділяє місце на диску з дискретністю з один кластер, оскільки FAT розглядає всі сектори одного кластеру як один сектор. Якщо файл не заповнює виділені йому сектори у кластері, то вони губляться і не можуть бути використані для іншого файлу. Файл може займати несуміжні кластери, тоді FAT пов'язує кластери в ланцюжка. Розмір елемента FAT від використовуваного диска. FAT включає 12-розрядний елемент (1,5 байта) (або 16-розрядний - для жорстких дисків ємністю понад 10 Мбайт) для кожного кластеру.
Продуктивність диска визначається чотирма основними фізичними параметрами:
1. часом доступу (мс)
2. розміром циліндра (секторів)
3. швидкістю передачі даних (Кбайт/с)
4. середнім часом очікування (мс)
Час доступу - то час, що потрібно для перекладу головок читання-запису на потрібні доріжки (циліндри). Після установки над потрібними доріжками головки повинні перейти з транспортного положення в положення читання-запису. Все це і становить зазвичай час доступу.
Швидкість передачі даних (швидкість, з якою вони видаються з диска) залежить від швидкості обертання диска, щільності запису і секторного інтерлівінга. (Расслоеніе. Фактор інтерлівінга, що дорівнює 4 означає, що є три сектори, що розділяють суміжні сектори. Проходження секторів під голівкою буде наступним-сектор 1, сектор X, сектор Y, сектор Z, сектор 2 і т.д.). При коефіцієнті інтерлівінга, рівного 6, у РС ХТ швидкість передачі знижується з 5 М біт/с до 0.83 М біт/с.
Середній час очікування - час, за який диск зробить половину обороту і потрібний сектор опиниться під голівкою.
Механізм спілкування контролера з диском
Контролер жорсткого диска
Використання контроллера DMA (Прямого доступу до пам'яті) в даний час не застосовується для операцій вводу-виводу з жорстким диском. Контролер в жорсткого диска в АТ використовує 512-байтним секторний буфер, до якого МП (i80286) звертається як до 16-розрядних пристроїв. Коли цей буфер повний чи порожній, контролер перериває МП (за допомогою INT 14), після чого дані передаються за допомогою строкових команд вводу-виводу у пам'ять або з пам'яті зі швидкістю 2 Мбайта в секунду (у IBM XT, який використав підсистему DMA, швидкість передачі в два рази нижче). Така швидкість досягається за рахунок використання трьох тактів (включаючи один стан очікування) для перенесення даних (16 біт) у процесор і ще трьох тактів (включаючи ще один стан очікування) для перенесення даних в пам'ять. Таким чином, для передачі двох байтів даних використовується шість тактів шини.
Таблиця параметрів жорсткого диска
Вона знаходиться за адресою вектора переривання INT 41h для першого жорсткого диска і INT 46h для другого (якщо він є):
Зміщені. Довжина Вміст
0 2 Максимальне число циліндрів
+2 1 Максимальне число голівок
+3 2 Не використовується в АТ
+5 2 Стартовий циліндр предкомпенсаціі запису
+7 1 Не використовується в АТ
+8 1 Керуючий байт 7: заборона повторного доступу 6: заборона повторення помилково ЕСС 3: більш ніж 8 головок
+9 1 Не використовується в АТ
0 Ah 1 Не використовується в АТ
0 Bh 1 Не використовується в АТ
+0 Ch 2 Зона паркування головок
0 Eh 1 Кількість секторів на доріжку
0 Fh 1 Резерв
Методи контролю передачі інформації при обміні ЕОМ і ВЗП
Дефекти інформації, що зберігається на магнітному носії можна підрозділити на дві основні групи:
1. Тимчасові (оборотні) - це пил, частки відшарованому лакового покриття.
2. Постійні (незворотні) - це різні подряпини, тріщини в покритті, прилипла бруд і т. п.
Для виявлення та виправлення були розроблені системи кодування інформації з надмірністю (впровадження контрольних розрядів, утворених за допомогою виконання певних арифметичних операцій над всіма інформаційними розрядами).
Але слід враховувати при розробці та застосуванні конкретної системи кодування, що можливість виявлення і корекції помилок зростає з надмірністю коду, але одночасно ускладнюється алгоритм кодування і декодування і, як наслідок, зростає обсяг буферної пам'яті, і знижується швидкість передачі інформації, ускладнюється апаратура кодування та декодування і, отже, система стає менш надійною.
Для двійкового коду М повідомлень, кожне з яких має дину n, можна закодувати, якщо виконується умова: 2n> = M або n> = log2 M.
Наведемо приклади різних методів кодування:
Нехай є чотири події:
А1, А2, А3, А4, причому ймовірності їх появи різні:
Р (А1) = 0,5; Р (А2) = 0,25; Р (А3) = Р (А1) = 0,125.
Рівномірний кодування - без урахування імовірності появи тієї чи іншої події.
Метод Фанно - А1 = 02; А2 = 102; А3 = 1102; А4 = 1112. Це приклад нерівномірного кодування з урахуванням ймовірності появи події. Система Фанно однозначно декодіруема, оскільки жодна А не є префіксом наступного. Такі системи кодування називають префікснимі.
Основні характеристики кодів:
Довжина коду n Число символів, що складають кодове слово
Підстава коду m Кількість відмінних один від одного значень імпульсних ознак, що використовуються в кодовому слові
Потужність коду Мр число дозволених кодових слів
Повне число кодових слів М всі можливі кодові слова
Число інформаційних символів k без коментарів
Число перевірочних символів r без коментарів
Надмірність коду R R = r/n
Швидкість передачі кодових слів R 'R' = k/n
Кодове відстань d Число незбіжних позицій двох кодових слів
Маючи один надлишкових символ, можна виявити тільки непарну кількість помилок. Тому використовують інший метод. Пояснимо на прикладі:
Хай має прийти 9-розрядне число. Розташуємо приходять розряди наступним чином:
В1 В2 В3 С1 Нехай В1? В4? В7 = С4
В4 В5 В6 С2 В4? В5? В6 = С2 В2? В5? В8 = С5
В7 В8 В9 С3 В7? В8? В9 = С3 В3? В6? В9 = С6
С4 С5 С6 С7 С1?? С2?? С3?? С4?? С5?? С6 = С7
Нехай приходить число 011010001. Нехай сталася помилка в 7-му розряді
Передано Прийнято
0 1 1 0 0 1 1 0
0 1 0 1 0 1 0 1
0 0 1 1 1 0 1 1
0 0 0 0 0 0 0 0
При порівнянні В7? В8? В9 = С3 в рядку
В1? В4? В7 = С4 в стовпці
Отже, помилковий розряд локалізована можна виправити.
Але це був випадок одиничної помилки, а з подвійною помилкою цей метод не справляється, тобто визначити може, але виправити - ні.
0 1 0 0
0 1 0 1
0 1 1 1
0 0 0 0
На малюнку видно, що, використовуючи цей метод, не можна зрозуміти, де сталася помилка (В2, В3, В8, В9).
Для подальшого пояснення d (x, y) між двома кодовими словами х и у називається число незбіжних позицій. Приклад: х = 01101, у = 00111 d (x, y) = 2. Ця відстань називається кодовою відстань Хеммінга.
Отже, код здатний виправити будь-які комбінації з q або меншої кількості помилок тоді і тільки тоді, коли його кодова відстань> 2q. В даний час лише для кодів з dmin отримано таке співвідношення між числом перевірочних символів r і довжиною коду n:
r> = log2 (n +1).
Циклічні коди
Циклічними кодами називаються такі коди, які з будь-яким своїм вектором містить також його циклічний зсув. Циклічні коди засновані на представленні даних, що передаються у вигляді полінома (многочлена) і використовуються при послідовної передачі інформації між Процесором і ВЗП.
а (х) = а0 + а1 х + а2 х2 +...+ аn-1 хn-1 Для вектора а (а0, а1 ,..., аn-1).
Циклічний зсув а '(х) = аn-1 + а0x + а1 х2 +...+ аn-2 хn-1.
За допомогою цих кодів можна виявляти:
* Помилки в 1 бите, якщо породжує многочлен містить> 1 члена,
* Помилки в 2 бітах, якщо породжує многочлен містить 3 члени,
* Помилки в непарній кількості бітів, якщо породжує многочлен містить множник (х +1),
* Пакети помилок довжиною менше до 1 біт, якщо породжує многочлен містить множник (х +1), і один множник з 3мя членами і більше (на 1 - число біт породжує многочлена).
Принцип побудови циклічних кодів
Кожна кодова комбінація Q (x) множиться на Одночлен xr, а потім ділиться на многочлен. Ступінь кожного Одночлен, що входить в Q (x), підвищується на r. При розподілі виходить С (х) такою ж мірою, що й Q (x), і залишок Р (х) ступеня не більше r-1, найбільше число розрядів якого
Q (x) xr/g (x) = C (x) + P (x)/g (x )......................... .....( 1)
У ЕОМ використовується метод множення кодової комбінації Q (x) на Одночлен xr і додатком до цього твору залишку Р (х) на породжує многочлен g (x).
Реально множиться на фіксований многочлен типу x3? x2? 1
Схема множення на многочлен.
Спочатку всі комірки утримуючи 0. Хай потрібно помножити x4? x2???? на x3? x2???
1 такт На вхід надходить одиничний коефіцієнт при старшій ступеня x4, запам'ятовується в 1-й комірці пам'яті і передається на вихід.
2 такт На вхід надходить 0-й коефіцієнт при x3. Вміст першого осередку приходить в другу, на виході суматора з'являється 1, яка, підсумовуючись з виходом 3-й осередку, з'являється на виході 2-го суматора
3 такт На вхід надходить коефіцієнт при x2. Він запам'ятовується в 1-й комірці пам'яті і передається на вихід.
4 такт На вхід надходить 0-й коефіцієнт при x1. Перший суматор має на вихід 1, а друга - 0.
5 такт На вхід суматора надходить 1 - коефіцієнт при x0.
6-8 такти огляду на те, що після множення многочленів старший коефіцієнт має 7-ю ступінь, необхідно зрушити на 3 розряду (прибираються розряди, що містять 0)
Такт Вх. символ Вміст регістра після чергового зсуву Вых. символ
0 - 000 -
1 1 100 1
2 0 010 1
3 1 101 1
4 0 010 0
5 1 101 1
6 0 010 0
7 0 001 0
8 0 000 1
Схема розподілу на многочлен
На вхід зі старших ступенів коефіцієнти, а на вихід - коефіцієнти приватного. Після закінчення поділу в регістрі зсуву зліва направо виявляються записаними коефіцієнти залишку, починаючи з молодших ступенів.
Приклад - розділити x5? x4? x3? x2???? на x3? x2 ????< br />
Такт Вх. символ Вміст регістра після чергового зсуву Вых. символ
0 - 000 -
1 1 100 0
2 1 110 0
3 1 111 1
4 0 110 0
5 1 111 1
6 1 010 -
Розглянемо процес виявлення та виправлення помилок. Нехай n = 7 і необхідно виправити q = 1. З формул n = 2c-1 c кодовою відстанню dmin> = 2q +1 и r? C = 3 і r = 3. Тому що 3 ділиться без залишку на 1 і 3, то співмножники двочлена будуть всі непріводімие багаточлени ступеня 1 і 3. Нехай є кодове слово x3? x2 ?????
Запис
Перші 4 такти Клапан 1 закритий і інформаційні символи кодового слова надходять через комбінаційну схему на вихід і одночасно на схему, яка відповідно до формули 1 примножує кодове слово на х3 и делит на g (x). У регістрі виходить залишок від ділення. Далі клапан 1 відкривається, виробляє 3 зсуву і залишок у вигляді контрольних символів виводиться з реєстру. В результаті формується кодове слово з контрольними символами
х6 + х4 + х3 + х2 -> 1011100
Читання
Після прийому всієї інформації перевіряється вміст всіх розрядів регістра, і якщо всі нулі, то помилок немає.
Дерево функцій багатофункціонального контролера
1 Рівень
F0 Управління ВЗП
2 Рівень
F1 Організація сполучення з ЦП
F0 F2 Проміжна обробка інформації
F3 Організація сполучення з ВЗП
3 Рівень
F11 Обмін паралельної інформацією
F1 F12 Формування і зберігання слова стану каналу (СКК)
F13 Управління обміном
F2 F21 Зберігання паралельної інформації
F22 Обробка прийнятої інформації
F3 F31 Керування приводом
F32 Обробка послідовної інформації
4 Рівень
F11.1 Прийомпаралельної інформації з ЦП
F11 F11.2 Передача паралельної інформації в ЦП
F11.3 Зберігання інформації, що передається
F12 F12.1 Прийом СКК
F12.2 Передача СКК
F13 F13.1 Аналіз надходять сигналів
F13.2 Видача керуючих сигналів
F21.1 Прийом переданих даних
F21 F21.2 Зберігання даних, що передаються
F21.3 Прийом службової інформації
F21.4 Зберігання службової інформації
F22.1 Аналіз слова стану ВЗП
F22 F22.2 Формування керуючого слова ВЗП
F22.3 Аналіз інформації, що передається з ВЗП
F31 F31.1 Передача керуючого слова в ВЗП
F31.2 Прийом слова стану ВЗП
F32.1 Кодування інформації
F32.2 Декодування інформації
F32 F32.3 Формування циклічного коду контролю (CRC)
F32.4 впізнання маркерів
F32.5 Паралельно-послідовні перетворення інформації
Функціонально-логічна схема
блоку контролю помилок
...........< br />
......< br />
....< br />
1533 ІП2
.....< br />
Список літератури
1. під ред. М. Л. Мархасіна "Керівництво з архітектури IBM PC AT", Мінськ, ТОВ "Консул", 1993
2. П. Нортон, Р. Уілтон "IBM PC та PS/2. Керівництво з програмування. "М.," Радіо і зв'язок ", 1994
3. Р. Браун, Дж.Кайл під ред. К. Г. Фіногенова "Довідник по перериваннях IBM PC", М,
"Світ", 1994
4. Е. П. Балашов,
Д. В. Пузанков "Проектування інформаційно-управляючих систем", М., "Радіо і зв'язок", 1987
5. Б. М. Каган "ЕОМ та системи", М., "Энергоатомиздат", 1985
Зміст
ЗАВДАННЯ НА курсове проектування ...
ПРИНЦИП ФУНКЦІОНУВАННЯ Накопичувачі на ГМД та накопичувачі типу "ВІНЧЕСТЕР"
МЕХАНІЗМ СПІЛКУВАННЯ контролер з диски
Контролер жорсткого диска
МЕТОДИ КОНТРОЛЮ ПЕРЕДАЧІ ІНФОРМАЦІЇ ПРИ ОБМІН ЕОМ І ВЗП
Циклічна Коди
ДЕРЕВО ФУНКЦІЙ БАГАТОФУНКЦІОНАЛЬНОЇ КОНТРОЛЕР
ФУНКЦІОНАЛЬНО-логічна схема БЛОКУ КОНТРОЛЮ ПОМИЛОК
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
ЗМІСТ
12
