Контроллер – электронный компонент устройства вв-выв. Интерфейс между устройством и контроллером часто является интерфейсом очень низкого уровня. Работа контроллера заключается в преобразовании последовательного потока битов в блок байтов и в выполнении коррекции ошибок, если это необходимо. Битовый поток обычно собирается бит за битом в буфере контроллера, затем проверяется контрольная сумма блока и, если она совпадает с объявленной (например в случае винчестера в заголовке сектора), блок объявляется считанным без ошибок, после чего он копируется, например, в буфер расположенный в ОЗУ. Контроллер монитора работает какбит последовательного устройства на таком же низком уровне. Он считывает из памяти байты, которые следует отобразить и формирует сигналы для вывода изображения на экран.
<СПОСОБЫОРГАНИЗАЦИИ ВВОДА-ВЫВОДА>
У ЦП есть 2 команды: <IN RE6 R0 RT> и <OUT R0 R6 RT>. С помощью команды <IN> ЦП может записать из регистра устройства вв-выв порт в свой регистр. Команда <OUT> делает противоположное – записывает из своего регистра в регистр внешнего устройства.
Команды <IN> и <OUT> есть в Ассемблере, но не могут использоваться в языках высокого уровня.
С другой стороны на языках высокого уровня можно применять команды <write> и <read>, с помощью которых можно писать и считывать из памяти. Например, команда <In R0 3> и <MOV R0 3)> выполняет принципиально разные действия. Первая команда считает содержимое порт № 3 в регистр R0 процессора, а втора команда считает в этот же регистр содержимое слова памяти по адресу 3. Таким образом, 3 в этих командах означают различные адреса из непересекающихся адресных пространств. Это происходит за счет того, что в случае, например, записи в регистр R0 процесса из порта №3, возбуждается линия управления, т.е. аппаратно эти адресные пространства разносятся.
Способ. Раздельные адресные пространства
Разделение происходит за счет линии управления.
Способ. Одно адресное пространство
При отображении регистров вв-выв на память каждая команда процессора, обращающаяся к памяти, может с таким же успехом обращаться к управляющим регистрам устройств.
При этом каждому управляющему регистру назначается уникальный адрес в памяти. Иногда такую схему называют отображаемым на адресное пространство памяти вв-выводом. Обычно для регистров устройств отводятся адреса на вершине адресного пространства.
Существуют разные гибридные схемы отображения вв-выв.
Способ. Гибридный
Один из возможных вариантов третьего, гибридного подхода.
Эта схема широко используется в платформах на базе Интел, Пентиум, в которых помимо портов вв-выв с адресами от 0 до 64 Кб используется адресное адресное пространство ОЗУ от 640 Кб до 1 Мб для буферов устройств вв-выв. Во всех случаях, когда ЦП хочет прочитать слово данных либо из памяти, либо из порта вв-выв, он сначала выставляет нужный адрес на адресную шину, после чего выставляет <read> (считать) на управляющую шину. Сигнальная линия при этом позволяет отличить обращение к памяти от обращения к порту. В зависимости от состояния той линии на запрос процессора реагирует либо устройство вв-выв (контроллер), либо память. Если пространство адресов общее (Вариант 2), то каждый модуль памяти и каждое устройство вв-выв сравнивает выставленный на шину адрес с обслуживаемым им диапазоном адресов. Если адрес попадает в этот диапазон, то соответствующее устройство реагирует на запрос процессора. Поскольку выделенные внешним устройством адреса удаляются из памяти, внешние устройства не реагируют на них и конфликта не происходит. Схема 1 и 2 имеет свои достоинства и недостатки.
Достоинства:
1. При отображение на адресное пространство памяти вв-выв не требуются специальные команда процессора <in> и <out>. В результате программу можно написать целиком на языке С, без вставок на Ассемблере и обращений к подпрограммам.
2. При отображении регистров вв-выв на память не требуется специального механизма защиты от пользовательских процессов, пытающихся обращаться к внешним устройствам. Все, что нужно сделать – это исключить ту часть адресного пространства, на которую отображаются управляющие регистры вв-выв из адресного пространства пользователя. В результате такая схема позволяет разместить драйверы различных устройств в различных адресных пространствах, тем самым не только уменьшив размер ядра, но и исключив вмешательства драйверов в дела друг друга.
Недостатки:
1. В большинстве современных ПК применяется КЭШирование памяти. КЭШирование управляющих регистров привело бы к катастрофе. Чтобы не допустить такой ситуации, необходима специальная аппаратура, способная выборочно запрещать КЭШирование. Например, в зависимости от номера страницы памяти, к которой обращается процессор. Т.о. отображение регистров вв-выв на память увеличивает сложность аппаратуры и самой ОС, которой приходится управлять избирательным КЭШированием.
2. При едином адресном пространстве все модули памяти и устройства вв-выв должны изучать все обращения процессора к памяти, чтобы определить, на какие следует реагировать. Если у компьютера одна общая шина, реализовать подобный просмотр обращений не сложно.
