Режим системного управления (SystemManagementMode)

Режим системного управления предназначен для выполнения некоторых действий с возможностью их полной изоляции от прикладного программного обеспечения и даже операционной системы. Переход в этот режим возможен только аппаратно. Когда процессор находится в режиме SMM, он выставляет сигнал SMIACT#. Этот сигнал может служить для включения выделенной области физической памяти (SystemManagement RAM), так что память SMRAM можно сделать доступной только для этого режима. При входе в режим SMM процессор сохраняет свой контекст в SMRAM (контекст сопроцессора не сохраняется) по адресу SMM Base и передает управление процедуре, называемой обработчиком SystemManagementInterrupt, по адресу SMM Base+8000h (по умолчанию SMM Base содержит значение 30000h). Состояние процессора в этот момент точно определено: EFLAGS обнулен (кроме зарезервированных битов), сегментные регистры содержат селектор 0000, базы сегментов установлены в 00000000, пределы - 0FFFFFFFFh.

Следует отметить, что в режиме SMM не предусмотрена работа с прерываниями и особыми случаями: прерывания по IRQ и SMI# замаскированы, пошаговые ловушки и точки останова отключены, обработка прерывания по NMI откладывается до выхода из режима SMM. Если необходимо обеспечить работу с прерываниями или особыми случаями, то надо инициализировать IDT и разрешить прерывания, выставив флаг IF в регистре EFLAGS. Прерывания по NMI будут разблокированы автоматически после первой же команды IRET.

При возврате из SMM (по инструкции RSM) процессор восстанавливает свой контекст из SMRAM. Обработчик может программно внести изменения в образ контекста процессора, тогда процессор перейдет не в то состояние, в котором произошло SMI. Если SMI было получено во время выполнения инструкции HLT, то дальнейшие действия при выходе из SMM определяются значением поля "Auto HALT Restart": процессор может снова вернуться к инструкции останова или перейти к выполнению следующей команды. Если SMI произошло при выполнении инструкции ввода-вывода, то в зависимости от значения поля "I/O InstructionRestart" возможен рестарт инструкции ввода вывода.

Эти особенности режима системного управления позволяют использовать его для реализации системы управления энергосбережением компьютера или функций безопасности и контроля доступа.

Переключение между режимами

После инициализации процессор находится в реальном режиме. Процессор может быть переведен в защищенный режим установкой бита 0 (ProtectEnable) в регистре CR0:

MOV EAX,00000001h MOV CR0,EAX

или

MOV AX,0001h LMSW AX

Второй вариант "достался в наследство" от 16-разрядной архитектуры 80286, для совместимости с которой ее регистр MSW (MachineStatusWord) отображается на младшее слово регистра CR0.

Вернуться в режим реального адреса процессор может по сигналу RESET или (в отличие от 80286) сбросив бит PE:

MOV EAX,00000000hMOV CR0,EAX

Для совместимости с 80286 инструкция LMSW бит PE не сбрасывает.

Режим системного управления изолирован от других режимов. Процессор переходит в этот режим только аппаратно: по низкому уровню на контакте SMI# или по команде с шины APIC (Pentium+). Никакой программный способ не предусмотрен для перехода в этот режим. Процессор возвращается из режима системного управления в тот режим, при работе в котором был получен сигнал SMI#. Возврат происходит по команде RSM. Эта команда работает только в режиме системного управления и в других режимах не распознается, генерирую исключение #6 (недействительный код операции).

Содержание понятия «архитектура ЭВМ». Основные характеристики, на нее влияющие.

2. Архитектура ЭВМ - общее описание структуры и функций ЭВМ, ее ресурсов. В это описание входит:
общая конфигурация основных устройств;
основные возможности и характеристики устройств;
способы взаимосвязи основных устройств компьютера.
Ресурсы ЭВМ - средства вычислительной системы, которые могут быть выделены процессу обработки данных на определенный интервал времени. К ресурсам ЭВМ традиционно относят объем доступной памяти, процессорное время и др.
К центральным (системным) устройствам компьютера относят, прежде всего, центральный процессор, оперативную память, системную магистраль.
Периферийными устройствами компьютера являются: дисплей, клавиатура, манипуляторы - мышь, джойстик, световое перо и т.п., винчестер, дисководы для гибких и компакт-дисков, принтер, плоттер, сканер, модем и пр.
Порт - устройство, через которое периферийные устройства подключаются к системной магистрали.
При разработке принципов архитектуры компьютеров широко используется идея о разделении отдельных операций процесса решения задачи (процесса вычислений) между отдельными "специализированными" устройствами.
Когда Чарльз Бэббидж разрабатывал аналитическую счетную машину в 1830-х гг. он предположил, что для успешной работы необходимы как минимум следующие устройства (рис. 9):
устройство для обработки данных, в котором непосредственно осуществляются вычисления ("мельница);
устройство для хранения данных ("склад");
устройство для управления процессом вычислений ("контора").
"Контора" _sz
¦R>
Г
'Склад"
~z\— "Мельница"
Рис. 9 Архитектура аналитической счетной машины с точки зрения Ч. Бэббиджа
Разработке Бэббиджа не суждено было воплотиться в действующей модели, но идеи о разделении отдельных операций процесса вычислений между отдельными "специализированными "устройствами получили дальнейшее развитие в принципах архитектуры компьютеров, традиционно называемых принципами фон Неймана (1940-е гг.). Эти принципы таковы:

3. принцип программного управления. Все устройства работают под управлением программ. Программы состоят из отдельных шагов - команд. Последовательность команд и является программой;
принцип условного перехода. Существует возможность менять последовательность вычислений в зависимости от полученных промежуточных результатов;
принцип хранимой программы. Программы и данные к ним хранятся в одной той же памяти. Команды представляются в числовой форме и хранятся в том же ОЗУ, что и данные для вычислений. Таким образом, команды можно посылать в арифметическое устройство и преобразовывать как обычные числа. Это позволяет создавать программы, способные в процессе вычислений изменять сами себя;
принцип иерархичности запоминающих устройств - память делится на оперативную (быстрая, небольшого размера) и долговременную (большую, а потому медленную). Наиболее часто ис- пользуемые данные хранятся в быстром ЗУ сравнительно малой емкости, а более редко используемые - в медленном, но гораздо большей емкости;
- принцип двоичного кодирования - вся информация в компьютере хранится и обрабатывается в двоичном коде.
Начиная с первых ЭВМ (1940-е гг.), реализовывалась схема взаимодействия устройств компьютера, основанная на этих принципах, представленная на рис. 10. Память
(долговременная "медленная")
t I
Память
(оперативная, "быстрая") Процессор <,, УУ <
> АЛУ (Устройства ввода) (Устройства вывода)
Рис. 10 Схема взаимодействий устройств компьютера согласно архитектуре фон Неймана:
УУ - устройство управления; АЛУ - арифметико-логическое устройство
Что касается персональных компьютеров (конец 1970-х - начало 1980-х гг.), то их основу составляет находящаяся в системном блоке системная ("материнская") плата, на которой размещены сис-темные (центральные) устройства компьютера - процессор и память (оперативная и постоянная), соединенные между собой системной шиной (информационной магистралью), к которой подсоединяются контроллеры всех периферийных устройств, подключаемых к компьютеру (см. рис. 11). При этом периферийными считаются и клавиатура, и монитор, и винчестер, и дисководы, и модем, и манипуляторы, и сканер, и видеокамера, и т.д. Дополнительные устройства, позволяющие пользователю компьютера слушать музыку, смотреть видеоролики, работать в сети и т.д., подключаются через специальные платы расширения. Невозможна работа компьютера и без таких вспомогательных (с точки зрения процесса обработки информации) устройств, как блок питания, система охлаждения и

4. пр.
Системный блок компьютера

Системная (материнская) плата Центр альный ПРОЦЕССОР
М ат ем ают t с кий
сопроцессор Опера тивная ПЗУ — память Слоты —
расширения
Контроллер клавиатуры
XI
Жесткий диск (винчестер)
Системная магистраль (шина данных + адресная шина+шина управления) Адаптер портов
Контроллеры доп. устройств
Адаптер монитора
Контроллеры дисков
Дисководы для гибких дисков, компакт-дисков
Монитор
Клавиатура
Устройства, подключаемые через порты (принтер, мышь, джойстик и т.д.)
Доп. устройства (стриммер, модем, сканер и т.д.)
Рис. 11 Схема архитектуры персонального компьютера Примечание. Адаптер монитора (видеоадаптер) часто также располагается на системной плате.