BEKLEMELĐ ÇALIŞMA VE ZAMAN SINIRLI ĐŞLER. 1. Genel Tanıtım. 2- WAIT işaretinin üretilmesi

Transkript

1 K TÜ Mühendislik Fakültesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü Mikroişlemciler Laboratuarı BEKLEMELĐ ÇALIŞMA VE ZAMAN SINIRLI ĐŞLER 1. Genel Tanıtım CPU lar bazı çevre birimlerine göre daha hızlı çalışabilir veya maliyetin düşük olması için bazı uygulamalarda yavaş çalışan bellek ve I/O arayüz elemanların kullanılması arzu edilebilir. Böyle durumlarda, CPU nun bu elemanlara tanıdığı okuma ve yazma süresi yeterli olmayacağından, CPU ların okuma ve yazma süresini uzatabilecek bir özelliğe sahip olması gerekir. Süre uzatımı, yavaş çalışan eleman tarafından kontrol edilen bir giriş tarafından CPU nun uyarılmasıyla gerçeklenir. Genellikle WAIT adı verilen bu giriş bacağı, belirli saat periyotlarında CPU tarafından örneklenir. WAIT girişinin alçak seviye süresine karşı düşen saat periyodu kadar yazma ve okuma işlem süreleri uzatılır. 2- WAIT işaretinin üretilmesi WAIT işareti, yavaş çalışan cihazın türüne bağlı olarak, CPU işaretlerinden türetilir. WAIT işareti, okuma veya yazma işaretinin süresini saat periyodunun katları biçiminde arttırır.đşlem süresinin ne zaman ve ne kadar uzatılacağı, yavaş çalışan cihazın özelliklerine göre uygun bir donanımla belirlenir. Bilgisayar maliyetine belleğin etkisi büyüktür. Bu nedenle günümüzde çoğu gelişmiş bilgisayar, yavaş çalışan büyük saklama kapasiteli bir bellek ile CPU hızında çalışan küçük saklama kapasiteli cash adı verilen bir bellek içerir. Bu yapı daha ziyade gelişmiş 32-bitlik mikrobilgisayar sistemlerinde kullanılmaktadır. Ama çoğu uygulama basit ve ucuz bir bellek gerektirdiği için yavaş belleklerin kullanılması kaçınılmaz olur. CPU lar adres erişimi için belleklere yeterli süre vermelerine rağmen çıkış yetkilendirme (output enable) ve chip seçme (bellek isteme işareti ile adresin kombinasyonundan oluşabilir) işlemleri için yeterli süre ayırmayabilir. Bellek erişimlerinde okuma veya yazma işleminin süresini arttırmak için bellek isteme işaretinden (MREQ) yararlanılabilir. MREQ aktif olduktan sonra bir veya daha fazla saat periyotluk süre için WAIT aktif yapılırsa, CPU okuma veya yazma işaretlerini WAIT işaretinin aktif olduğu süre kadar uzatacaktır. WAIT girişini sürecek lojik devre ve gerekli zamanlama diyagramı Şekil 1 de verilmiştir.

2 (a) (b) Şekil 1 : a) Bir saat periyotluk uzatma sağlayan WAIT işaretini üretecek devre b) Beklemeli zamanlama diyagramı Q nun yükselen kenarı, MREQ = 0 değerini FF1 e kaydeder. Bu durumda QFF1= 0 ve QFF2= 1 olduğundan WAIT=0 olur. Q nun bir sonraki yükselen kenarı geldiğinde QFF1= 0 ve QFF2= 0 olacağından WAIT=1 olur ve bekleme işareti ortadan kalkar. Bu devre her bellek erişimi için RD ve WR işaretlerinin yanı sıra diğer CPU işaretlerinin de süresini bir saat periyodu arttıracağından, hem adres hem de chip seçme erişimlerindeki zaman sınırlamasını büyük ölçüde (bir saat periyodu) ortadan kaldırılmış olur. Şekil 1 de Tn ile gösterilen periyot bellek erişimi için WAIT= 0 seviyesinin neden olduğu extra saat periyodudur. Bu periyotların sayısı, WAIT girişi daha uzun süre alçak yapılarak arttırılabilir.

3 3. Zaman Sınırlı Đşler Bazı uygulamalarda belirli miktarda işin belirli bir süre içinde bitirilmesi gerekir, yani işin tamamlanması için sınırlı bir süre vardır. Bilgisayarların programlanamayan lojik devrelerden farkı, aynı işlerin yapılmasında aynı lojiğin program sayesinde istenildiği kadar kullanılabilmesidir. Bu sayede her işin yapılmasında ayrı bir lojik kullanılmamış olur, yani işin gerçeklenmesi donanımdan ziyade yazılıma yüklenmiş olacağından, donanımın maliyeti en aza indirilmiş olmaktadır. Zaman sınırlı işler için CPU nun hızı yeterli olmuyorsa ve bu sınır çok az aşıldığı için daha hızlı başka bir CPU nun veya çok sayıda CPU nun kullanılması da ekonomik olmuyorsa, CPU nun programla yürüttüğü bazı işleri, kurulacak küçük ucuz bir donanıma yaptırmak suretiyle verilen zaman içinde tüm işi bitirmek mümkün olabilir. Konunun daha iyi anlaşılması amacıyla, bilgisayarın belirli süre içinde herbiri bir baytlık belirli sayıda bilgiyi harici bir cihaza transfer etmesi örneğini inceleyelim. Bu örnekte 8-bitlik datalar bellekten alınıp önce akümülatöre ve oradan da PIO yüzleştirme elemanına gönderilsin. Datanın PIO ya yazıldığını harici cihaza bildirmek için PIO nun başka bir kapısından yararlanılsın. Bu kapının belirli bir bitini alçaktan yükseğe ve belirli bir süre sonra yüksekten alçağa çekerek sabit yüksek seviyeli bir darbenin harici cihaza yazma işareti olarak gönderildiği varsayılsın. Her data için bu işlerin yapılması tüm dataların verilen süre içinde gönderilmesini engelliyorsa ve süre aşımı da çok az oluyorsa, yazma işaretinin üretimini sağlayan yazılımın bir kısmını donanıma yaptırmakla yazılımda azalma sağlanabilir ve böylece süre aşımı önlenmiş olur. Bu amaçla yazma işaretinin üretimine ilişkin örnek bir program yazalım. Bu program yazma işaretini belirli bir süre için lojik-1 yaptıktan sonra tekrar lojik-0 a çeker. LD A, FF OUT Port,A LD A, 00 OUT Port,A Bu program her 8-bitlik data transferi için gereklidir, bu yüzden programın icrası esnasında defalarca koşulacak ve uzun zaman alacaktır. Eğer yukarıdaki program parçasını her iki 8- bitlik data transferi için bir kere koşarsak, çok sayıda data transferi gerçekleştirildiğinde büyük bir zaman tasarrufu sağlanır. Bu amaçla, yazma işaretinin düşme ve yükselme kenarında tetiklenebilen bir monostable multivibratör kullanılabilir (Şekil 2.). Birinci 8-bitlik bilginin hazır

4 olduğunu göstermek amacıyla programdaki birinci OUT emri yükselme kenarlı bir işaret üreterek monostable multivibratorü tetikletip belirli süreli bir yazma darbesi üretir. Đkinci OUT emri ise ikinci 8-bitlik data için düşme kenarlı bir işaret üreterek monostable multivibratorün sabit süreli başka bir yazma darbesi üretmesini sağlar. Böylece yukarıdaki program bir yazma darbesi yerine iki yazma darbesi üretmiş olur ve iki 8-bitlik data için bir defa koşulmuş olur. Böylece yazma işaretinin üretiminde % 50 zaman tasarrufu sağlanır. Şekil 2: Programın ürettiği bir yazma işaretinden monostable sayesinde iki yazma darbesinin üretilmesi DENEYĐN YAPILIŞI 1- Kullanacağınız CPU ya ilişkin WAIT işaretini üretecek bir devre tasarlayınız. 2- CPU nun kontrol işaretlerini CPU saatine göre osiloskopta gözleyiniz. 3- WAIT işaretini CPU ya uygulayarak okuma ( RD ), yazma ( WR ) ve bellek isteme (MREQ ) kontrol işaretlerinin uzatıldığını osiloskopla gözleyiniz. 4-Yazma işaretlerinin programla üretildiği, harici cihaza çok sayıda data transfer eden bir program yazıp koşturunuz. Đcra süresini herhangi bir yolla ölçüp bir yere kaydediniz.

5 5- Monostable multivibratörler kullanarak yazma işaretini yukarıda anlatıldığı şekilde üretiniz. Programınızı koşturarak aynı miktarda data transferi için geçen süreyi ölçüp 4.adımdaki süre ile karşılaştırınız.