←предыдущая следующая→
1 2 3
ВТОРОЙ СЕМЕСТР
ЛЕКЦИЯ N 4
я2ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ СИСТЕМ ВВОДА-ВЫВОДА ЭВМ
Передача информации с периферийного устройства в ядро ЭВМ
называется операцией ввода, а передача из ядра ЭВМ в периферийное
устройство - операцией вывода.
Связь устройств ЭВМ друг с другом осуществляется с помощью
средств сопряжения - интерфейсов.
Интерфейс представляет собой совокупность линий и шин,
сигналов, электронных схем и алгоритмов, предназначенную для
осуществления обмена информацией между устройствами. От характе-
ристик интерфейсов во многом зависят производительность и надеж-
ность вычислительной машины.
При разработке систем ввода-вывода должны быть решены следу-
ющие проблемы:
1) Должна быть обеспечена возможность реализации машин с
переменным составом оборудования.
2) Для эффективного использования оборудования ЭВМ должны
реализовываться параллельная во времени работа процессора над
программой и выполнение периферийными устройствами процедур
ввода-вывода.
3) Необходимо стандартизировать программирование операций вво-
да-вывода для обеспечения их независимости от особенностей пери-
ферийного устройства.
4) Необходимо обеспечить автоматическое распознавание и реакцию
ядра ЭВМ на многообразие ситуаций, возникающих в ПУ (готовность
устройства, различные неисправности и т.п.).
При конструировании ЭВМ широко применяются различные сред-
ства унификации.
Средства вычислительной техники проектируются на основе
модульного принципа, который заключается в том, что отдельные
устройства выполняются в виде конструктивно законченных модулей,
из которых можно собирать ЭВМ в различных конфигурациях.
При обмене межд ПУ и ЭВМ используются унифицированные
форматы данных. Преобразование унифицированных форматов данных в
индивидуальные, приспособленные для отдельных ПУ, производится в
самих ПУ.
Унификации также подвергают все компоненты интерфейса, а
также формат и набор команд процессора для операций ввода-вывода.
Унификация распространяется на семейство моделей ЭВМ.
Для обеспечения параллельной работы процессора и периферий-
ных устройств схемы управления вводом-выводом отделяют от процес-
сора.
Выполнение общих функций возлагают на общие для групп пери-
ферийного оборудования унифицированные устройства - контроллеры
прямого доступа к памяти, процессоры ввода-вывода.
- 2 -
ПРЯМОЙ ДОСТУП К ПАМЯТИ
В системах ввода-вывода ЭВМ используются два основных спосо-
ба организации передачи данных между памятью и периферийными
устройствами: программно-управляемая передача и прямой доступ к
памяти.
Программно-управляемая передача данных осуществляется при
непосредственном участии и под управлением процессора, который
при этом выполняет специальную подпрограмму процедуры ввода-выво-
да. Данные между памятью и периферийным устройством пересылаются
через процессор. Операция ввода - вывода инициируется текущей
командой программы или запросом прерывания от периферийного
устройства. При этом процессор на все время выполнения операции
ввода-вывода отвлекается от выполнения основной программы.
Кроме того при пересылке блока данных процессору приходится
для каждой единицы передаваемых данных выполнять несколько
команд, чтобы обеспечить буферизацию, преобразование форматов
данных, подсчет количества переданных данных, формирование адре-
сов в памяти и т.п. Это сильно снижает скорость передачи данных
(не выше 100 Кб/сек), что недопустимо при работе с высокоскорост-
ными ПУ.
Между тем потенциально возможная скорость обмена данными при
вводе-выводе определяется пропускной способностью памяти. Для
быстрого ввода-вывода блоков данных используется прямой доступ к
памяти.
Прямым доступом к памяти называется способ обмена данными,
обеспечивающий независимую от процессора передачу данных между
памятью и периферийным устройством.
Прямым доступом к памяти управляет контроллер ПДП, который
выполняет следующие функции:
1) управление инициируемой процессором или ПУ передачей данных
между ОП и ПУ;
2) задание размера блока данных, который подлежит передаче, и
области памяти, используемой при передаче;
3) формирование адресов ячеек ОП, участвующих в передаче;
4) подсчет числа переданных единиц данных (байт или слов) и
определение момента завершения операции ввода-вывода.
Указанные функции реализуются контроллером ПДП с помощью
одного или нескольких буферных регистров, регистра - счетчика
текущего адреса данных и регистра-счетчика подлежащих передаче
данных.
При инициировании операции ввода-вывода в счетчик подлежащих
передаче данных заносится размер передаваемого блока (число байт
или слов), а в счетчик текущего адреса - начальный адрес области
памяти, используемой при передаче. При передаче каждого байта
содержимое счетчика адреса увеличивается на 1, при этом формиру-
ется адрес очередной ячейки памяти, участвующей в передаче.
Одновременно уменьшается на 1 содержимое счетчика подлежащих
- 3 -
передаче данных; обнуление этого счетчика указывает на завершение
передачи.
Контроллер ПДП обычно имеет более высокий приоритет в
занятии цикла обращения к памяти по сравнению с процессором.
Управление памятью переходит к контроллеру ПДП, как только завер-
шается цикл обращения к памяти для текущей команды процессора.
Прямой доступ к памяти обеспечивает высокую скорость обмена
данными за счет того, что управление обменом производится не
программными, а аппаратными средствами.
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ ВВОДА-ВЫВОДА
Можно выделить два характерных принципа построения систем
ввода-вывода: ЭВМ с одним общим интерфейсом и ЭВМ с множеством
интерфейсов и процессорами (каналами) ввода-вывода.
Структура с одним общим интерфейсом
Структура с одним общим интерфейсом предполагает наличие
общей шины, к которой подсоединяются все модули, в совокупности
образующие ЭВМ: процессор, оперативная и постоянная память и
периферийные устройства. В каждый данный момент через общую шину
может происходить обмен данными только между одной парой присое-
диненных к ней модулей. Таким образом, модули ЭВМ разделяют во
времени один общий интерфейс, причем процессор выступает как один
из модулей системы.
.
- 4 -
←предыдущая следующая→
1 2 3