Práctica 8 - DMA y Almacenamiento Masivo

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1 Práctica 8 - DMA y Almacenamiento Masivo Organización del Computador 1 Segundo Cuatrimestre 2011 Ejercicio 1 El siguiente protocolo de handshaking permite a un amo (por ejemplo: CPU) ordenar la realización de una acción a un esclavo (por ejemplo: dispositivo de E/S). Para el mismo, el esclavo debe contar con 2 registros de E/S: CTRL y STATUS. 1. El amo escribe el valor 0xFF en el registro CTRL 2. El esclavo reconoce el valor 0xFF en su registro CTRL, a continuación, escribe el valor 0xAC en el registro STATUS. 3. El esclavo realiza la acción para la cual fue invocado, una vez que finaliza escribe 0x00 en el registro CTRL y escribe 0x00 en STATUS 4. El amo reconoce el valor 0x00 en el registro STATUS. Suponiendo que el amo es un procesador ORGA1 y el esclavo es un dispositivo de E/S. a) Escribir en lenguaje ensamblador ORGA1 un programa para la CPU que obedezca este protocolo. b) Describir en pseudocódigo el comportamiento del dispositivo de E/S c) Cuál es el valor final de los registros CTRL y STATUS? Ejercicio 2 Dados los siguientes esquemas: 1

2 Para cada uno responder: Bajo que condiciones el DMAC no interfiere con el CPU? Ejercicio 3 Se cuenta con el siguiente sistema: La controladora de la cinta cuenta con los siguientes registros de E/S: TAPE POSITION: Indica la posición en la cinta que se desea leer o escribir. TAPE DATA: Indica el valor que se desea escribir (en caso de escrituras) o en caso de lecturas, posee el resultado de la misma. TAPE CTRL: Permite comandar el funcionamiento de la cinta. Si se escribe el valor 0xFF la cinta lee la posición pedida y coloca el valor en el registro TAPE DATA. TAPE STATUS : Indica el estado de la cinta. Posee el valor 0x01 al comenzar la lectura indicando que la cinta está ocupada. Al finalizar este registro muestra el valor 0x00 indicando que la cinta ha finalizado. Internamente, la controladora de cinta cuenta con las siguientes primitivas para poder manejarla: rewtape() : Rebobina la cinta hasta el principio. playtape(): Lee el dato (de 16 bits) de la posicin actual y lo almacena en un buffer interno de 16 bits. Luego avanza la cinta una posicin. int readbuffer(): Lee el buffer interno de 16 bits y devuelve su contenido. No modifica la posición actual de la cinta. Se considera que el primer dato de la cinta se encuentra en la posicin 0 y que la cinta no tiene más de posiciones. Tener en cuenta que esta cinta es slo de lectura. Suponiendo que la comunicación entre el controlador de DMAC y el dispositivo de E/S obedece al protocolo de hand-shaking presentado anteriormente. Escribir en pseudocódigo (similar al lenguaje C) la rutina que describe el funcionamiento de la cinta de backup. 2

3 Ejercicio 4 En algunas arquitecturas es posible definir zonas de memoria como excluídas de cache (las referencias a estas direcciones siempre son resueltas en la memoria principal) Por qué motivos podría ser esto deseable? Ejercicio 5 Teniendo en cuenta el protocolo y el sistema presentado en el Ejercicio 3, describir en pseudocódigo el comportamiento del controlador DMA que se encarga de transferir los datos del dispositivo (controlador) a la memoria principal (tanto en el caso de lectura como de escritura). El controlador DMA posee un conjunto de registros, (previamente cargados) con la siguiente información: DMA IO ADDRESS: dirección de memoria (en el espacio de direccionamiento de los dispositivos) que se desea leer/escribir. DMA MEM ADDRESS: dirección de memoria (en el espacio de direccionamiento de la memoria principal) que se desea leer/escribir. DMA SIZE: cantidad de datos a transferir. DMA CTRL: el bit menos significativo contiene un 1 en caso de escritura (memoria a dispositivo), y un 0 en caso contrario (dispositivo a memoria). si el bit mas significativo contiene 1 indica que ya se han se cargado todos los datos necesarios, y se puede iniciar la transmisión. Para solicitar una interrupción el DMAC dispone de la primitiva requestint(). Posee las siguientes primitivas para acceder a la memoria principal: readmemory(dir) y writememory(dir,data). Para acceder a los registros de E/S de otros dispositivos posee las siguientes primitivas: readio(dir) y writeio(dir,data). Ejercicio 6 Discuta brevemente: Qué desventaja encuentra en un sistema con DMA pero con un CPU sin interrupciones? Ejercicio 7 En una computadora ORGA1 se ha conectado un controlador DMA. El acceso a cada uno de los registros del controlador está mapeado a memoria del siguiente modo: DEVICE ID DEVICE ADDRESS MEM ADDRESS SIZE STATUS 0xFFF0 0xFFF1 0xFFF2 0xFFF3 0xFFF4 Para efectuar la transferencia hay que indicar el identificador de dispositivo, la dirección dentro del espacio de direcciones del dispositivo identificado, la dirección de memoria y la cantidad de palabras a transferir. El identificador de la cinta es 0x354A. Se quiere transferir desde la posición 0x0045 de la cinta hasta la 0x013A. Estos datos se deben guardar a partir de la posición 0xA142 de la memoria principal. El bit menos significativo del registro STATUS contiene un 1 en caso de escritura, y un 0 en caso contrario. La forma de indicarle al controlador DMA que ya se cargaron todos los datos necesarios, y que puede iniciar la transmisión, es seteando en 1 el bit más significativo del registro STATUS. Escribir un programa en assembler que acceda a una cinta para transferir datos via DMA. Ejercicio 8 Un disco tiene p pistas de s sectores cada una, y h cabezas. El disco gira a R rpm y para moverse entre dos pistas adyacentes le toma t a y entre pistas extremos t x (peor caso). Calcular los siguientes parámetros: 3

4 a) T t : Tiempo de latencia media (en sg) b) T s : Tiempo de lectura de 1 sector c) T min : Tiempo mínimo para leer el disco completo d) T med : Tiempo medio para leer secuencialmente el disco completo e) T max : Tiempo máximo para leer el disco completo (no secuencialmente) Ejercicio 9 Un disco tiene 128 pistas de 32 sectores cada una, sobre una superficie de 8 platos de una sola cara cada uno. El disco gira a 3600 rpm y para moverse entre dos pistas le toma 60ms en el peor caso. Cuál es el tiempo más largo necesario para leer completamente un sector arbitrario, ubicado en cualquier lugar del disco? Ejercicio 10 Se cuenta con un controlador de disco rígido que posee las siguientes primitivas: READ: lee el sector actual del disco. CURRENT CYLINDER, CURRENT HEAD, CURRENT SECTOR : devuelven, respectivamente, el cilindro, cabeza y sector actual del disco. SET CYLINDER(c): mueve el cabezal de lecto-escritura del disco hasta el cilindro c. SET HEAD(h): selecciona la cabeza h que utilizará para leer o escribir. #HEAD, #CYLINDER, #SECTOR: devuelven, respectivamente, la cantidad de cabezas, cilindros y sectores del disco. Suponer que para leer un sector específico, se debe posicionar la cabeza del disco en el cilindro apropiado y esperar (mediante polling) a que el disco gire para llegar al sector buscado. El espacio de direcciones del disco comienza en la dirección cero y se corresponde con la terna <cabeza, cilindro, sector>= <0,0,0>. La última posición es la #HEAD * #CYLINDER * #SECTOR, y se corresponde con la terna <#HEAD-1, #CYLINDER-1, #SECTOR-1>. a) Considerando el protocolo del Ejercicio 3, escribir en pseudocódigo una rutina que se encargue de leer datos del disco a través de DMA. Asumir que se cuenta con las mismas primitivas para manejar líneas de control y buses que las del Ejercicio 3. b) En el caso que el controlador DMA solicite una dirección que no pertenezca al espacio de direccionamiento del disco, sugerir una modificación al protocolo para que el dispositivo pueda indicarle un estado de error al controlador. Modificar el pseudocódigo de acuerdo a esto. Ejercicio 11 Indicar qué técnica de sincronización (polling o interrupciones) y qué mecanismo de transferencia de información a memoria (a través de la CPU o usando DMA) es el más apropiado para cada uno de los siguientes dispositivos. a) Disco rígido b) Teclado c) Calefón programable, dentro de un sistema embebido. Justificar la respuesta describiendo cómo utilizaría el dispositivo con el mecanismo propuesto. 4

5 Ejercicio 12 Se tienen estos dos programas en lenguaje ensamblador ORGA1: Max: Ciclo: Mov R1, [Ini_Vec] Mov R2, 0x0000 CMP R2, [Cant_Vec] JE FinMax CMP R1, [Ini_Vec + R2] JG CambMax Add R2, 1 JMP ciclo CambMax: Mov R1, [Ini_Vec + R2] Add R2, 1 JMP Ciclo Ini_Vec: 0x3451 Cant_Vec: 0x0256 FinMax: Mover: Ciclo: Mov R1, [Dir_Disco] Mov R2, [Dir_Mem] Mov R3, 0x0000 cmp R3, [Cant_Elem] JE FinMov Mov R4, [Dir_Mem + R3] Mov [Dir_Disco + R3], R4 Add R3, 0x0001 Dir_Disco: 0xFFF0 Dir_Mem: 0x0453 Cant_Elem: 0x0016 FinMov: Asumiendo que ejecutar cada instrucción tarda 1ns y que 0xFFF0 es un disco rígido mapeado en memoria a partir de la posición 0. Cuánto tiempo en total tarda la ejecución de estos dos programas? Importa el orden de dicha ejecución?. Suponiendo que se posee un controlador DMA conectado al disco y que durante su trabajo no interfiere en absoluto con el procesador. Reescriba la rutina Mover para que lo use y calcule el nuevo tiempo de ejecución total, no hace falta considerar los tiempos de escritura a disco. (Recuerde detallar en la solución el mapeo de los registros del controlador DMA a direcciones de E/S de la maquina ORGA1). 5

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