Деление адресного пространства с использованием цифровых компараторов

А0 А1 А2 А3	К	A<B   A=B     A>B
(= =)
В0 В1 В2 В3
A<B A=B A>B

Цифровые компараторы имеют по нескольку цифровых входов (обычно до 4-х), сравниваемых между собой в 2-х группах (Аo - Аn и Вo – Вn), входы каскадирования А и В, а также и одноименные выходы состояния, на которых формируется логическая «1» при выполнении ответствующих условий сравнения.

Пример схемы деления адресного пространства с помощью цифрового компаратора:

МП К

А12 А₀

А13 А₁

А14 А₂

А15 А₃

B₀ A<B & CS порт ввода

B₁

B₂ A=B

B₃

A>B

^+5В

A<B & CS порт вывода

A=B

A>B

Чт. ВУ 1

Зп. ВУ 1

На одну группу входов (например, Ао – Аn) подключаются соответствующие разряды ША, а на другой группе входов (например, Во – Вn) задают требуемый адрес выделяемой области (для задания кода адреса используют либо «отпайки» на платах, либо микропереключатели).

Достоинства метода:

- простота и низкая стоимость реализации;

- удобство наращивания количества адресных разрядов (путем каскадного включения компараторов).

Недостатки метода:

- с помощью 1-го компаратора возможно выделение лишь одной какой-то области адресного пространства:

- неоправданное усложнение схемы дешифрации при необходимости выделения большого количества областей при высокой точности деления адресного пространства.

Обычно компараторы используют в качестве предварительных каскадов в схемах дешифрации, например, для размещения в адресном пространстве целых плат или модулей (внутри которых имеются свои дешифраторы, уточняющие адреса конкретных устройств).

РАСШИРЕНИЕ АДРЕСНОГО ПРОСТРАНСТВА

1. Метод «окна»

a) идея метода «окна»:

Задача расширения адресного пространства заключается в том, что требуется подключение к МЭВМ внешней памяти большой емкости. Для этого в адресном пространстве МЭВМ (в какой либо свободной его области) выделяют «окно» - небольшую по размерам область, через которую организуют канал связи с внешней памятью. Доступ к внешней памяти осуществляется постранично с использованием «механизма перелистывания» страниц. Для переключения страниц внешней памяти используются дополнительные аппаратные средства и соответствующее программное обеспечение поддержки;

б) геометрическая интерпретация метода «окна»:

Адресное пространство внешней памяти

«Окно» как бы проецируется на ось адресного пространства внешней памяти. Совокупность всех проекций составляет все адресное пространство внешней памяти;

г) принцип реализации метода «окна»:

- вход «разрешение по выходу», разрешающий (при «0») выдачу содержимого регистра адреса; - вход выбора внешней памяти.

1. Механизм переключения страниц реализуется специальным регистром адреса, перезагружаемым по ШД.

2. Канал связи реализуется с использованием ДША окна.

M - общее количество адресных входов внешней памяти;

N -разрядность ША МП;

q -количество старших разрядов ША МП, необходимых для выделения в адресном пространстве области «окна»;

m -количество младших разрядов ША МП, остающихся свободными после подключения ДША «окна».

l -разрядность регистра адреса, используемого для переключения страниц

M=l+m m=N-q

l=M-m

При этом получается 2 страниц, размерами по 2 каждая.

Пример 1.

Адресное пространство 64к расширить таким образом, чтобы иметь возможность подключения внешней памяти объемом 1М. В адресном пространстве МЭВМ свободная область составляет 10 К.

1. В свободной области выделяем «окно» размером 8 К, т.е. q=3 (А15, А14, А13).

2. m=16-3=13(А , А , …А ).

3. l=M-m=20-13=7.

МП по шине данных загружает в регистр адреса номер нужной страницы внешней памяти. Обращаясь через ДС, к окну и адресуя ячейку памяти, внутри окна, МП обращается каждый раз к соответствующей ячейке памяти выбранной страницы во внешнем ЗУ.

Достоинства метода:

-возможность расширения адресного пространства до любых нужных размеров;

-относительно невысокие аппаратные затраты.

Недостатки метода:

-для расширения адресного пространства должно использоваться соответствующее ПО, обеспечивающее переключение страниц;

-относительно низкое быстродействие, чем меньше размер «окна», тем чаще приходится перезагружать регистр адреса и затрачивать на это время;

-регистр адреса – это программно- доступный элемент, поэтому он должен располагаться в адресном пространстве МЭВМ, следовательно, требуется соответствующая схема дешифрации адреса и аппаратные затраты.

Техническая реализация метода «окна»

БИС ВЗУ не всегда имеет необходимое количество адресных входов (М). Поэтому ВЗУ строится на нескольких БИС ЗУ меньшей информационной ёмкости, выбор которых осуществляется с помощью ДША ЗУ:

M – общее количество адресных входов внешней памяти (2 ^M - информационная емкость внешней памяти).U – количество адресных входов используемых БИС ЗУ (2 ^U - информационная емкость используемых БИС ЗУ). M=U*P.

U= n + m; m= N - q; n= U - m; k= l - n; l=M-U.

2. Метод «базовых регистров»

а) идея метода «базовых регистров»:

Задача расширения адресного пространства заключается в подключении к МЭВМ внешней памяти большой информационной ёмкости. Для этого в свободной области МЭВМ выделяют как бы несколько окон, через которые осуществляют связь МП с определенными участками внешней памяти (сегментами внешней памяти). Доступ к внешней памяти в пределах каждого из сегментов, осуществляется постранично с использованием своеобразного механизма переключения (перелистывания) страниц. В качестве переключателей страниц используются так называемые «базовые регистры», являющиеся программно-доступными элементами МЭВМ (МП).

б) геометрическая интерпретация метода «базовых регистров»:

«Окна» на оси адресного пространства МЭВМ как бы проецируются на ось адресного пространства внешней памяти. Совокупность всех проекций составляет адресное пространство внешней памяти.

в) принцип реализации метода «базовых регистров»:

РГА 1 – РГА N – базовые (сегментные) регистры;

N – шина адреса МП (МЭВМ);

М – шина адреса внешней памяти.

Достоинства метода:

а) возможность обращения к различным участкам внешней памяти без перезагрузки базовых регистров (т.е. базовые регистры однократно загружаются начальными адресами соответствующих сегментов внешней памяти, а затем просто указывается используемый для адресации регистр);

б) сегментная организация памяти позволяет экономить разрядность ША МП и организовывать достаточно простую схему адресации;

в) возможность организовывать мультипрограммные среды, характерные для современных микропроцессорных средств и систем.

Техническая реализация метода сегментных регистров в современных МП

Принцип реализации.

Формирование адреса на ША

Пример. База: 0800; Смещение: 0100; Физический адрес: 08100.

Все регистры – внутренние ПДЭ МП. Они имеют недостаточную разрядность (L), но с помощью специальной техники формирования адреса, удается увеличить ША МП (до N).

3. Метод «банков»

Память организуется в виде отдельных самостоятельных блоков – банков. Обычно банк – отдельная процедура, задача.

Адресация банков осуществляются программным путем с использованием встроенных в МП регистров адреса банков, т.е. не требуется никакого регистра адреса, который бы размещался в адресном пространстве МЭВМ и занимал бы в нем место (т.е. не требуется системы дешифрации его адреса). Переключение банков осуществляется с использованием соответствующих команд. Такая организация характерная для МПС не базе однокристальных МЭВМ.

4. Метод виртуальной памяти

Память МПС организуется как некоторая виртуальная среда. Из внешней памяти информация периодически «подкачивается» в память МЭВМ, а по мере её использования или «старения» она из памяти МЭВМ исключается и на её место пересылается новая порция информации. МП постоянно работает как бы с быстродействующей памятью своей МЭВМ небольшого объема. Механизм пересылки информации из внешней памяти скрыт от пользователя соответствующим программным обеспечением поддержки виртуальной памяти. Метод используется в мощных ЭВМ, т.к. требует больших затрат на программное обеспечение.

Дата добавления: 2015-07-08