Как процессор работает с периферией?

#книги #процессор

Ищу информацию о том, как процессор работает с винчестером, интернет-картой, как
он загружает данные в память и отправляет их.
Порекомендуйте, пожалуйста, какую-нибудь книгу, или объясните кратко.
    

Ответы

Ответ 1

В общем случае периферийное устройство оформляется, как небольшой участок памяти,
записывая по определенным адресам команды и параметры, читая с определенных адресов
информацию о состоянии вы работаете с устройством. Бывает, что иногда эта область памяти
выделяется в т.н. порты ввода/вывода, тогда чтение/запись осуществляются спец. командами,
но это не меняет общей логики.

По взаимодействию с конкретным устройством надо читать описание контроллера который
вас интересует, обычно это какая-то микросхема.

Это я всё описал очень упрощенно, чтобы изучать такие вещи надо предварительно почитать
про аппаратные прерывания и их обработку и про прямой доступ к памяти т.н. DMA.

Ссылки по теме:
Порт ввода-вывода
Шина
Прерывание
Прямой доступ к памяти


Ответ 2

Процессор не работает непосредственно с периферией. Согласно спецификации на, к примеру,
Intel Core i7 (стр. 37-51), единственные шины, которые у него есть для связи с внешним
миром — это три группы контактов: две для оперативной памяти (DDR1_*, DDR2_*) и одна
для QPI (QPI_*).

То есть у процессора есть две абстракции — «оперативная память» (в кавычках, так
как на самом деле это просто адресное пространство, которому может быть сопоставлено
что угодно, не только ОЗУ) и канал для двухсторонней передачи пакетов (программисту
он полезен только тем, что и по нему приходят прерывания и через него работают так
называемые I/O-порты).

Все три шины идут в чипсет. Однако:


с первыми двумя работает та часть чипсета, которая раньше называлась «северный мост».
Он обрабатывает запросы процессора на чтение из и запись в «оперативную память», перенаправляя
их либо на микросхемы ОЗУ, либо на южный мост в зависимости от того, куда какие физические
адреса были назначены. Причём это назначение может динамически изменяться по запросу
из BIOS или южного моста.
с третьей работает «южный мост». Именно он взаимодействует с периферией, знает об IDE/SATA/PS2
и прочих интерфейсах. Ну или знает, к каким ногам чипсета подключены соответствующие
микросхемы-контроллеры. Его задача — переводить электрические сигналы с аппаратных
шин на язык QPI-прерываний процессора, а также обрабатывать запросы от «северного моста»
на работу с зарезервированными областями памяти, перенаправляя их соответствующим устройствам.


Работу же конкретного устройства, — где оно будет использовать прерывания, а где
будет отображать буферы в «оперативную память», — определяет его производитель. Именно
поэтому и нужны драйвера, чтобы перевести это уникальное сочетание способов общения
конкретного устройства с процессором в стандартные абстракции операционной системы,
доступные другим программам («жёсткий диск», «сетевая карта» и т. д.).


Ответ 3

В дополнение к предыдущему ответу:процессор может работать непосредственно с периферией.Вопрос
только в том,как это реализовано.В любом случае,если это x86, или ARM процессор,у него
есть такие инструкции IN и OUT,которые как раз предназначены для работы с периферией.В
зависимости от периферии,есть шинный контроллер,или какой либо другой контроллер(северный
мост,к примеру),обрабатывающий команды от CPU.Процессор получает инструкцию OUT port,AL,
к примеру,и выставляет на шине адрес порта port,и дергает определенную ногу,отвечающую
за ту периферию,в области адресов которой находится порт,шинный контроллер соответственно
получив этот сигнал,подключает к шине соответствующее периферийное устройство.Если
опустить детали, то процесс именно такой,на 99% архитектур. Так реализуется изолированный
ввод/вывод.Прямой ввод/вывод проще - просто на шину параллельно цепляется периферия,которая
маппится на определенны адрес, и можно просто писать любой командой для работы с память
в эту периферию.