Домашнее задание - Обзор структурной схемы. Центральная и периферийная части компьютера

Выполняйте только если преподаватель назначил это задание. Срок сдачи сообщит преподаватель.

Фамилия и имя обучающегося:

Группа:

Дата выполнения:

1. Разобранный пример: Прямой доступ к памяти (DMA) против классического обмена через ЦП

При обычном программно-управляемом обмене (Programmed I/O) процессор тратит сотни тактов на то, чтобы считать байт из порта контроллера накопителя в регистр ЦП, а затем записать этот байт в ОЗУ.

Пример архитектурного расчёта:
Пусть требуется передать файл объёмом 4 КиБ (4096 байт) с периферийного диска в ОЗУ.
• Без DMA (программный опрос): На каждый байт требуется 4 машинных цикла (чтение статуса порта, чтение байта в регистр AL, запись из AL в ОЗУ по адресу, инкремент счетчика) — около 16 тактов. Суммарно: 4096 × 16 = 65 536 тактов ЦП. В это время процессор полностью заблокирован.
• С контроллером DMA: Процессор отправляет контроллеру DMA всего одну 3-байтовую команду: начальный адрес в ОЗУ, количество байт и код операции чтения. После этого ЦП переключается на другие вычисления. Контроллер DMA захватывает шину (Bus Master) и в пакетном режиме пересылает 4 КиБ за 4096 тактов шины. По завершении контроллер DMA выставляет единственный сигнал прерывания (IRQ) на шину управления.
Вывод: DMA разгружает процессор и сокращает общее число тактов магистрали в разы.

2. Задание 1. Трассировка прерывания от внешнего устройства

Опишите, как взаимодействуют центральная и периферийная части, когда пользователь нажимает клавишу на клавиатуре. Укажите цепочку сигналов: контроллер клавиатуры ➔ сигнал прерывания (IRQ) на ШУ ➔ сохранение контекста в ОЗУ (стек) ➔ чтение скан-кода ➔ возврат из прерывания.

Ваш пошаговый ответ:

3. Задание 2. Сравнение классической и модифицированной гарвардской архитектуры

Заполните аналитическую таблицу сравнения фон-неймановской и гарвардской архитектур:

Ваше аналитическое сравнение:

4. Критерии оценивания домашней работы

Отлично (4 балла): Полная цепочка аппаратного прерывания с сохранением контекста и детальный сравнительный анализ двух архитектур с примерами микроконтроллеров и x86 процессоров.
Хорошо (3 балла): В обоих заданиях суть раскрыта верно, но упущены сигналы шины управления или не названы конкретные уровни кэша.
Удовлетворительно (2 балла): Ответ дан только на одно задание либо допущены грубые неточности в маршрутизации сигналов.

Что предоставить: распечатанный лист ответов или сохранённый файл PDF.