Реферат: Многофункциональный контроллер ВЗУ

МИНИСТЕРСТВО СВЯЗИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТСВЯЗИ

И ИНФОРМАТИКИ

Кафедра ВТ и УС

К У Р С О В А Я Р А Б О Т А

по теме

Многофункциональныйконтроллер ВЗУ

Выполнение:

Студент гр. А19301

Рыбалко С.О.

Проверка:

д.т.н. КирилловаЛ.В.

Москва

1996 г.

Задание на курсовое проектирование...

по дисциплине “Теория и проектирование ЭВМ”:

Разработать структурную схему многофункциональногоконтроллера ВЗУ. На основе выбранного варианта реализации аппаратурыконтроллера разработать функционально-логическую схему одного из модулейструктурной схемы.

Для выполнения задания следует:

1. Изучить принципыфункционирования накопителей на ГМД и накопителей типа “Винчестер”.

2. Изучить методы контроляпередачи информации при обмене ЭВМ с ВЗУ.

3. Сформулировать требования,предъявляемые к многофункциональному контроллеру ВЗУ.

4. Построить дерево функцийконтроллера.

5. Построить алгоритмфункционирования многофункционального контроллера ВЗУ.

6. Выделить участки алгоритма,допускающие параллельную или конвейерную обработку.

7. Распределить операторыалгоритма между функциональными модулями.

8. Разработать вариантструктурной схемы.

9. Оценить быстродейтсвие,реализуемое полученной структурной схемой.

10.Выполнить оценку аппаратныхзатрат на основе выбранного критерия.

11.Разработатьфункционально-логическую схему одного из функциональных модулей, предварительносогласовав свой выбор с преподавателем.

Индивидуальноезадание (№ 18)

НГМД (FDD)

НЖМД (HDD)

Скорость передачи

Элементная база

> 625 (K байт/с)

МИС и СИС

Принцип функционирования накопителя на ГМД инакопителя типа “Винчестер”

Основой любого дисковогоустройства является магнитный носитель, имеющий форму диска. поверхность длогически разделена на концентрические окружности, отсчет которых у жесткихдисков начинается от центра, а у гибких дисков - от внешней кромки диска.Каждая такая концентрическая окружность названа дорожкой.

Однако так как двусторонниедискеты и фиксированные диски имеют больше одной поверхности, то дляопределений местоположения байта данных пользуются трехмерными координатами.Понятие дорожка заменяют понятием цилиндр- группа дорожек в одной и той же позиции магнитной головки на всех дисках(пластинах) в одном дисководе определяется разрешающей способностью позиционерамагнитных головок и вертикальной плотностью носителя, которая измеряется числомдорожек на дюйм (track per inch — TPI).

Дорожки

...

направление вращения

Сектор

<img src="/cache/referats/11402/image006.gif" v:shapes="_x0000_s1168">Сектор представляет собой зонудорожки, в которой собственно и хранятся разряды данных. количество секторовна дорожке зависит от многих переменных, но в основном определяются суммарнойдлиной поля данных и служебного поля, образующих сектор (горизонтальнаяплотность). размер сектора

обычно 512К для большинства дискет и некоторых типов жесткихдисков.

Информационнаяструктура всех типов дисков для РС АТ одинакова и определяется базовойоперационной системой DOS. С точки зрения операционной системы элементарнойединицей размещения данных на диске является кластер. Он представляет собой группу секторов, с точностью докоторой происходит размещение файлов на диске. В РС АТ: для гибкого диска одинкластер — это два сектора (обычно 1К), для жесткого диска — четыре и более(>2K). Точное значение размера кластера указывается в самом первом секторедиска — загрузочном секторе - Bootsector.

Дискета (или раздел жесткогодиска ) структурирована следующим образом —

Boot sector

Системная

Первая копия FAT

область

Вторая копия FAT

не используется в RAM-дисках

диска

Root directory

Область данных, включая подоглавления

data area

Область начальной загрузкипомещается на дорожке 0, сектор 1, сторона 0 любой дискеты или головка 0жесткого диска. Область начальной загрузки содержит важную информацию о типе носителя,структуре носителя (для механизма позиционера носителя) и о том, как данныеразмещены на диске.

Помещенная ниже таблицадемонстрируем наиболее распространенные форматы гибких и жестких дисков.

Тип дискеты

Емкость Мбайт

Число цилиндров

Число секторов на дорожке

Число головок

5 1/4 ”

1,2

3 1/2 ”

0,72

1,44

Тип жесткого диска

Емкость Мбайт

Число цилиндров

Число секторов на дорожке

Число головок

РС/ХТ

306

Тип 20 на РС АТ

733

Современные типы

128

1024

накопителей

210

1024

Загрузочный сектор диска (или раздела диска) должен иметьследующий формат:

Смещ.

Длина

Содержимое

JMP

NEAR-переход на код загрузки

‘I’

‘B’

‘M’

‘3’

‘.’

‘3’

OEM-имя фирмы версия системы

Sector

size

Байтов на сектор

начало ВРВ

Cluster size

Кластера размер

+0Eh

Reserve

sect.

Число резервных секторов (перед 1-й FAT)

+10h

FatCnt

Число таблиц FAT

+11h

Root

Size

Макс. число 32-байтовых элементов корневого оглавления

Tot

Sects

Общее число секторов на носителе (раздел DOS)

Media

Дескриптор носителя (То же, что 1-й байт FAT)

Блок

параметров BIOS

Fat

Size

Число секторов в одной FAT

конец ВРВ

+18h

Trk

Sects

Секторов на дорожку (цил.)

+1Ah

Head

Cnt

Число головок ЧТ/ЗП (поверхн-тей)

+1Bh

Hidn

Sec

Число скрытых секторов

+1Eh

Размер форматированной порции корневого сектора, начало кода и данных загрузки

Таблица размещенияфайлов (FAT)

Это связный список, который DOS использует для отслеживанияфизического расположения данных на диске и для поиска свободной памяти дляновых файлов. При размещении файла на диске FAT выделяет место на диске сдискретностью с один кластер, поскольку FAT рассматривает все секторы одногокластера как один сектор. Если файл не заполняет выделенные ему секторы вкластере, то они теряются и не могут быть использованы для другого файла. Файлможет занимать несмежные кластеры, тогда FAT связывает кластеры в цепочки. Размер элемента FAT от используемогодиска. FAT включает 12-разрядный элемент (1,5 байта) (или 16-разрядный — дляжестких дисков емкостью свыше 10 Мбайт) для каждого кластера.

Производительность диска определяется четырьмя основнымифизическими параметрами:

Время доступа — то время, которое требуется для перевода головокчтения-записи на нужные дорожки (цилиндры). После установки над нужнымидорожками головки должны перейти из транспортного положения в положениечтения-записи. Все это и составляет обычно время доступа.

Скорость передачи данных (скорость, с которой они выдаются с диска)зависит от скорости вращения диска, плотности записи и секторного интерливинга. (Расслоение. Факторинтерливинга, равный 4 означает, что имеются три сектора, разделяющие смежныесектора. Следование секторов под головкой будет следующим- сектор 1, сектор X,сектор Y, сектор Z, сектор 2 и т.д.). При коэффициенте интерливинга, равного 6,у РС ХТ скорость передачи снижается с 5 М бит/с до 0.83 М бит/с.

Среднее время ожидания — время, за которое диск совершит половинуоборота и нужный сектор окажется под головкой.

Механизм общения контроллера с дискомКонтроллер жесткого диска

Использование контроллера DMA(Прямого доступа к памяти) в настоящее время не применяется для операцийввода-вывода с жестким диском. Контроллер в жесткого диска в АТ использует 512-байтный секторный буфер, к которому МП (i80286) обращается как к16-разрядному устройству. Когда этот буфер полон или пуст, контроллер прерывает МП (с помощью INT 14), после чегоданные передаются при помощи строковых команд ввода-вывода в память или изпамяти со скоростью 2 Мбайта в секунду (у IBM XT, использовавшего подсистемуDMA, скорость передачи в два раза ниже). Такая скорость достигается за счетиспользования трех тактов (включая одно состояние ожидания) для переноса данных(16 бит) в процессор и еще трех тактов (включая еще одно состояние ожидания)для переноса данных в память. Таким образом, для передачи двух байтов данныхиспользуется шесть тактов шины.

Таблица параметров жесткого диска

Она находится по адресу векторапрерывания INT 41h для первого жесткого диска и INT 46h для второго (если онесть):

Смещ.

Длина

Содержимое

Максимальное число цилиндров

Максимальное число головок

Не используется в АТ

Стартовый цилиндр предкомпенсации записи

Не используется в АТ

Управляющий байт

7: запрет повторного доступа

6: запрет повторения по ошибке ЕСС

3: более 8 головок

Не используется в АТ

+0Ah

Не используется в АТ

+0Bh

Не используется в АТ

+0Ch

Зона парковки головок

+0Eh

Количество секторов на дорожку

+0Fh

Резерв

Методы контроля передачи информации при обмене ЭВМи ВЗУ

Дефектыинформации, хранимой на магнитном носителе можно подразделить на две основныегруппы:

1. Временные (обратимые) — это пыль,частицы отслоившегося лакового покрытия.

2. Постоянные (необратимые) — эторазличные царапины, трещины в покрытии, прилипшая грязь и т. п.

Для обнаружения и коррекции ошибок были разработанысистемы кодирования информации с избыточностью (внедрение контрольных разрядов,образуемых с помощью выполнения определенных арифметических операций над всемиинформационными разрядами).

Но следует учитывать при разработке и примененииконкретной системы кодирования, что возможность обнаружения и коррекции ошибоквозрастает с избыточностью кода, но одновременно усложняется алгоритмкодирования и декодирования и, как следствие, возрастает объем буферной памяти,и снижается скорость передачи информации, усложняется аппаратура кодирования идекодирования и, следовательно, система становится менее надежной.

Для двоичного кода М сообщений, каждое из которыхимеет дину n, можно закодировать, если выполняется условие: 2n >=Mили n>=log2 M.

Приведем примеры различных методов кодирования:
Пусть имеются четыре события:

А1, А2, А3, А4, причем вероятности их появления различны:
Р(А1)=0,5; Р(А2)=0,25; Р(А3)= Р(А1)=0,125.
Равномерное кодирование — без учета вероятностипоявления того или иного события.
Метод Фанно — А1=02;А2=102; А3=1102; А4=1112. Это пример неравномерногокодирования с учетом вероятности появления события. Система Фанно однозначнодекодируема, поскольку ни одно А не является префиксом следующего. Такиесистемы кодирования называют префиксными.

Основные характеристикикодов:

1. Длина кода

Число символов, составляющих кодовое слово

2. Основание кода

Количество отличных друг от друга значений импульсных признаков, используемых в кодовом слове

3. Мощность кода

Мр

число разрешенных кодовых слов

Полное число кодовых

слов

все возможные кодовые слова

4. Число информационных символов

без комментариев

5. Число проверочных символов

без комментариев

6. Избыточность кода

R=r/n

7. Скорость передачи кодовых слов

R’

R’=k/n

8. Кодовое расстояние

Число несовпадающих позиций двух кодовых слов

Имея один избыточных символ, можно обнаружить только нечетное количествоошибок. Поэтому используют другой метод. Объясним на примере:

Пустьдолжно прийти 9-разрядное число. Расположим приходящие разряды следующимобразом:

В1

В2

В3

С1

Пусть

В1Å В4Å В7 = С4

В4

В5

В6

С2

В4Å В5Å В6 = С2

В2Å В5Å В8 = С5

В7

В8

В9

С3

В7Å В8Å В9 = С3

В3Å В6Å В9 = С6

Добавим проверочные символы

<img src="/cache/referats/11402/image017.gif" " v:shapes="_x0000_s1101">С4

С5

С6

С7

С1 Å С2 Å С3 Å С4 Å С5 Å С6= С7

Пустьприходит число 011010001. Пусть произошла ошибка в 7-ом разряде

Передано

Принято

<img src="/cache/referats/11402/image018.gif" v:shapes="_x0000_s1106">При сравнении В7Å В8Å В9 = С3 встроке

<img src="/cache/referats/11402/image019.gif" v:shapes="_x0000_s1111"> В1Å В4Å В7 = С4 встолбце

Следовательно,ошибочный разряд локализован можно исправить.

Ноэто был случай единичной ошибки, а с двойной ошибкой этот метод не справляется,то есть определить может, но исправить — нет.

Нарисунке видно, что, используя этот метод, нельзя понять, где произошла ошибка(В2, В3, В8, В9).

Длядальнейшего объяснения d(x,y) между двумя кодовыми словами х и у называетсячисло несовпадающих позиций. Пример: х=01101, у=00111 d(x,y)=2. Это расстояниеназывается кодовым расстояние Хемминга.

Итак,код способен исправить любые комбинации из q или меньшего числа ошибок тогда итолько тогда, когда его кодовое расстояние > 2q. В настоящее время толькодля кодов с dmin полученотакое соотношение между числом проверочных символов r и длиной кода n:

r>=log2 (n+1).

Циклические коды

Циклическими кодами называются такие коды, которые с любымсвоим вектором содержит также его циклический сдвиг. Циклические коды основанына представлении передаваемых данных в виде полинома (многочлена) ииспользуются при последовательной передаче информации между Процессором и ВЗУ.

а(х)=а0+а1 х+а2 х2+...+ аn-1 хn-1 Для вектора а(а0, а1,..., аn-1).
Циклический сдвиг а’(х)= аn-1 +а0x +а1 х2+...+аn-2 хn-1 .

Спомощью этих кодов можно обнаруживать:

· Ошибки в 1 бите, если порождающий многочлен содержит > 1 члена,

· Ошибки в 2 битах, если порождающий многочлен содержит 3 члена,

· Ошибки в нечетном количестве битов, если порождающий многочлен содержитмножитель (х+1),

· Пакеты ошибок длиной менее к+1 бит, если порождающий многочлен содержитмножитель (х+1), и один множитель с 3мя членами и более (к+1 — число битпорождающего многочлена).

Принцип построенияциклических кодов

Каждаякодовая комбинация Q(x) умножается на одночлен xr , а затем делитсяна многочлен. Степень каждого одночлена, входящего в Q(x), повышается на r. Приделении получается С(х) такой же степени, что и Q(x), и остаток Р(х) степени неболее r-1, наибольшее число разрядов которого <=r.

Q(x)xr / g(x) = C(x)+ P(x)/g(x) ..............................(1)

ВЭВМ используется метод умножения кодовой комбинации Q(x) на одночлен xr и прибавлением к этому произведению остаткаР(х) на порождающий многочлен g(x).

Реальноумножается на фиксированный многочлен типа x3Å x2Å 1

Схема умножения на многочлен.

Вначале все ячейки содержа 0. Пусть требуется умножить x4 Å x2 Å1 на x3 Å x2 Å1

1 такт

На вход поступает единичный коэффициент при старшей степени x4, запоминается в 1-й ячейке памяти и передается на выход.

2 такт

На вход поступает 0-й коэффициент при x3. Содержимое первой ячейки приходит во вторую, на выходе сумматора появляется 1, которая, суммируясь с выходом 3-й ячейки, появляется на выходе 2-го сумматора

3 такт

На вход поступает коэффициент при x2. Он запоминается в 1-й ячейке памяти и передается на выход.

4 такт

На вход поступает 0-й коэффициент при x1. Первый сумматор имеет на выходе 1, а второй — 0.

5 такт

На вход сумматора поступает 1 — коэффициент при x0.

6-8

такты

Учитывая, что после умножения многочленов старший коэффициент имеет 7-ю степень, необходимо сдвинуть на 3 разряда (убираются разряды, содержащие 0)

Такт

Вх. символ

Содержимое регистра после очередного сдвига

Вых. символ

000

100

010

101

010

101

010

001

000

Схемаделения на многочлен

Навход со старших степеней коэффициенты, а на выход — коэффициенты частного. Поокончании деления в регистре сдвига слева направо оказываются записаннымикоэффициенты остатка, начиная с младших степеней.

Пример- разделить x5 Å x4 Å x3 Å x2 Å1на x3 Å x2Å1.

Такт

Вх. символ

Содержимое регистра после очередного сдвига

Вых. символ

000

100

110

111

110

111

010

Рассмотримпроцесс обнаружения и исправления ошибок. Пусть n=7 и необходимо исправить q=1.Из формул n=2c-1 c кодовым расстоянием dmin>=2q+1 иr<=cq Þ c=3 и r=3. Так как 3 делится без остатка на 1 и 3, то сомножителямидвучлена будут все неприводимые многочлены степени 1 и 3. Пусть имеется кодовоеслово x3 Å x2 Å1.

Запись

Первые4 такта Клапан 1 закрыт и информационные символы кодового слова поступают черезкомбинационную схему на выход и одновременно на схему, которая в соответствии сформулой 1 умножает кодовое слово на х3 и делит на g(x). В регистре получаетсяостаток от деления. Далее клапан 1 открывается, производит 3 сдвига и остаток ввиде контрольных символов выводится из регистра. В результате формируетсякодовое слово с контрольными символами

х6+х4+х3+х2 -> 1011100

Чтение

Послеприема всей информации проверяется содержимое всех разрядов регистра, и есливсе нули, то ошибок нет.

Дерево функций многофункционального контроллера

1 Уровень

Управление ВЗУ

2 Уровень

Организация сопряжения с ЦП

Промежуточная обработка информации

Организация сопряжения с ВЗУ

3 Уровень

F11