Принципи організації систем введення-виведення ЕОМ
Химия

Принципи організації систем введення-виведення ЕОМ


Завантажити доповідь: Принципи організації систем введення-виведення ЕОМ

Передача інформації з периферійного пристрою ядро ​​ЕОМ називається операцією введення, а передача з ядра ЕОМ периферійне пристрій — операцією виведення.

Зв’язок пристроїв ЕОМ друг з одним здійснюється з допомогою засобів поєднання — інтерфейсів.

Інтерфейс являє собою сукупність ліній та шин, сигналів, електронних схем та алгоритмів, призначену для здійснення обміну інформацією між пристроями. Від характеристик інтерфейсів багато в чому залежить продуктивність і надійність обчислювальної машини.

При розробці систем введення-виведення повинні бути вирішені такі проблеми:

1) Повинна бути забезпечена можливість продажу машин зі змінним складом устаткування.

2) Для ефективного використання обладнання ЕОМ повинні реалізовуватись паралельна в часі робота процесора над програмою та виконання периферійними пристроями процедур введення-виведення.

3) Необхідно стандартизувати програмування операцій введення-виведення для забезпечення їх незалежності від особливостей периферійного пристрою.

4) Необхідно забезпечити автоматичне розпізнавання та реакцію ядра ЕОМ на різноманіття ситуацій, що виникають у ПУ (готовність пристрою, різні несправності тощо).

При конструюванні ЕОМ широко використовуються різні засоби уніфікації.

Кошти обчислювальної техніки проектуються на основі модульного принципу, який полягає в тому, що окремі пристрої виконуються у вигляді конструктивно закінчених модулів, з яких можна збирати ЕОМ у різних конфігураціях.

При обміні між ПУ і ЕОМ застосовуються уніфіковані формати даних. Перетворення уніфікованих форматів даних на індивідуальні, пристосовані окремих ПУ, проводиться у самих ПУ.

Уніфікації також піддають усі компоненти інтерфейсу, а також формат та набір команд процесора для операцій введення-виведення.

Уніфікація поширюється сімейство моделей ЕОМ.

Для забезпечення паралельної роботи процесора та периферійних пристроїв схеми керування введенням-виводом відокремлюють від процесора.

Виконання загальних функцій покладають загальні для груп периферійного устаткування уніфіковані устрою — контролери прямого доступу до пам’яті, процесори вводу-вывода.

ПРЯМИЙ ДОСТУП ДО ПАМ’ЯТІ

У системах введення-виведення ЕОМ використовуються два основних способи організації передачі даних між пам’яттю та периферійними пристроями: програмно-керована передача та прямий доступ до пам’яті.

Програмно-керована передача даних здійснюється за безпосередньої участі та під управлінням процесора, який при цьому виконує спеціальну підпрограму процедури введення-виведення. Дані між пам’яттю та периферійним пристроєм пересилаються через процесор. Операція введення — виводу ініціюється поточною командою програми або запитом переривання периферійного пристрою. При цьому процесор на весь час виконання операції виводу-виводу відволікається від виконання основної програми.

Крім того при пересиланні блоку даних процесору доводиться для кожної одиниці даних, що передаються, виконувати кілька команд, щоб забезпечити буферизацію, перетворення форматів даних, підрахунок кількості переданих даних, формування адрес в пам’яті і т.п. Це сильно знижує швидкість передачі даних (не вище 100 Кб/сек), що є неприпустимим при роботі з високошвидкісними ПУ.

Тим часом потенційно можлива швидкість обміну даними при введенні-виводі визначається пропускною здатністю пам’яті. Для швидкого введення/виведення блоків даних використовується прямий доступ до пам’яті.

Прямим доступом до пам’яті називається спосіб обміну даними, що забезпечує незалежну від процесора передачі даних між пам’яттю і периферійним пристроєм.

Прямим доступом до пам’яті керує контролер ПДП, який виконує такі функції:

1) управління ініційованою процесором або ПУ передачею даних між ОП та ПУ;

2) завдання розміру блоку даних, що підлягає передачі, та області пам’яті, що використовується при передачі;

3) формування адрес осередків ВП, що у передачі;

4) підрахунок числа переданих одиниць даних (байт чи слів) та визначення моменту завершення операції введення-виведення.

Зазначені функції реалізуються контролером ПДП за допомогою одного або декількох буферних регістрів, регістра — лічильника поточної адреси даних та регістра-лічильника даних, що підлягають передачі.

При ініціювання операції введення-виведення в лічильник даних передачі заноситься розмір переданого блоку (число байт або слів), а в лічильник поточної адреси — початкова адреса області пам’яті, що використовується при передачі. При передачі кожного байта вміст лічильника адреси збільшується на 1, при цьому формується адреса чергового осередку пам’яті, що бере участь у передачі.

Одночасно зменшується на 1 вміст лічильника даних, що підлягають передачі; обнулення цього лічильника свідчить про завершення передачі.

Контролер ПДП зазвичай має вищий пріоритет у занятті циклу звернення до пам’яті проти процесором.

Управління пам’яттю переходить до контролера ПДП, щойно завершується цикл звернення до пам’яті для поточної команди процесора.

Прямий доступ до пам’яті забезпечує високу швидкість обміну даними завдяки тому, що управління обміном виробляється не програмними, а апаратними засобами.

Можна виділити два характерні принципи побудови систем введення-виведення: ЕОМ з одним загальним інтерфейсом та ЕОМ з безліччю інтерфейсів та процесорами (каналами) введення-виведення.

Структура з одним спільним інтерфейсом

Структура з одним загальним інтерфейсом передбачає наявність загальної шини, до якої приєднуються всі модулі, що у сукупності утворюють ЕОМ: процесор, оперативна та постійна пам’ять та периферійні пристрої. У кожний момент через загальну шину може відбуватися обмін даними лише між однією парою приєднаних до неї модулів. Таким чином, модулі ЕОМ поділяють у часі один загальний інтерфейс, причому процесор виступає як один із модулів системи.

                           Общая шина
<===============================================================>
A A A A A A
¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦
V V V V V V
-------¬ -----¬ ---¬ -------¬ ------------¬ ------------¬
¦ Про- ¦ ¦ ¦ ¦БУ¦...¦ БУ ¦ ¦Контролллер¦...¦Контролллер¦
¦цессор¦ ¦ ОП ¦ L--- L------- ¦ ПДП ¦ ¦ ПДП ¦
¦ ¦ ¦ ¦ A A A L------------ L------------
L------- L----- ¦ ¦ ¦ A A A
V V V ¦ ¦ ¦
---¬ ---¬ ---¬ V V V
¦ПУ¦ ¦ПУ¦ ¦ПУ¦ ---¬ ---¬ ---¬
L--- L--- L--- ¦ПУ¦ ¦ПУ¦...¦ПУ¦
L--- L--- L---

Периферійні пристрої приєднуються до загальної шини за допомогою блоків керування периферійними пристроями (контролерів), які узгоджують формати даних периферійних пристроїв з форматом, прийнятим для передачі по загальній шині.

Якщо в периферійному пристрої операції введення-виводу виробляються для окремих байт або слів, то використовується програмно-керована передача даних через процесор та під його керуванням. Конструкція контролера у своїй дуже спрощується.

Для периферійних пристроїв з побічної передачі даних (ЗУ на дисках, стрічках та ін.) застосовується прямий доступ до пам’яті та контролери ПДП.

При загальному інтерфейсі апаратура управління введенням-виводом розосереджена за окремими модулями ЕОМ. Процесор у своїй в повному обсязі звільняється від управління операціями вводу-вывода.

Більше того, на весь час операції передачі даних інтерфейс виявляється зайнятим, а зв’язок процесора з блокованою пам’яттю.

Інтерфейс із загальною шиною застосовується тільки в малих та мікро-ЕОМ, які мають коротке машинне слово, невеликий обсяг периферійного обладнання та від яких не вимагається високої продуктивності.

Структура з каналами введення-виводу

Структура системи з процесорами (каналами) введення-виведення застосовується у високопродуктивних ЕОМ. У таких ЕОМ система введення-виводу будується шляхом централізації апаратури управління введенням-виводом на основі застосування програмно-керованих процесорів (каналів) введення-виведення. Обмін інформацією між пам’яттю та периферійним пристроєм здійснюється через канал введення-виведення.

             ----------------¬
¦Основная память¦
L----------------
A
¦
V Интерфейс основной памяти
<================================================>
A A A
¦ ¦ ¦
V ¦ ¦
----------¬ ¦ ¦
¦Процессор¦ ¦ ¦
L---------- ¦ ¦
A ¦ ¦
¦ ¦ ¦
V Интерфейс процессор-каналы ¦ ¦
<==================================> ¦ ¦
A A ¦ ¦
¦ ----------+------ ¦
V V V V
--------------¬ --------------¬
¦ Канал ¦ . . . ¦ Канал ¦
¦ввода-вывода ¦ ¦ввода-вывода ¦
L-------------- L--------------
A A
¦ ¦
Интерфейс ввода-вывода V V
<==========================>
A A A
¦ ¦ ¦
V V V
---¬ ---¬ ---¬
¦БУ¦ ¦БУ¦ ¦БУ¦
L--- L--- L---
A A A
¦ ¦ ¦
V V V
---¬ ---¬ ---¬
¦ПУ¦ ¦ПУ¦ ¦ПУ¦
L--- L--- L---

Канали введення-виведення повністю звільняють процесор від управління операціями введення-виведення.

У обчислювальної машині з каналами вводу-виводу формати даних неоднорідні, тому необхідно використовувати в ЕОМ кілька спеціалізованих інтерфейсів.

Можна виділити 4 типи інтерфейсів: інтерфейс основної пам’яті, інтерфейс процесор-канали, інтерфейси введення-виводу, інтерфейси периферійних пристроїв (малі інтерфейси).

Через інтерфейс основної пам’яті проводиться обмін інформацією між пам’яттю, з одного боку, процесором і каналами — з іншого.

Інтерфейс процесор-канали призначається передачі інформації між процесорами і каналами ввода-вывода.

Через інтерфейс введення-виведення відбувається обмін інформацією між каналами та блоками управління периферійних пристроїв.

Інтерфейс периферійного пристрою служать для обміну даними між периферійним пристроєм та його блоком управління. Уніфікації малі інтерфейси не піддаються, оскільки ПУ дуже різноманітні за принципом дії, використовуваних форматів даних і сигналів.

ОСНОВНІ ПАРАМЕТРИ ІНТЕРФЕЙСІВ


Інтерфейси характеризуються такими параметрами:

1) Пропускна спроможність інтерфейсу — це кількість інформації, яка може бути передана через інтерфейс в одиницю часу (має діапазон від десятків байт до сотень мегабайт).

2) Максимальна частота передачі інформаційних сигналів через інтерфейс (від десятків герц до сотень мегагерц).

3) Максимально допустима відстань між пристроями, що з’єднуються (має діапазон від десятків сантиметрів до декількох кілометрів при використанні оптоволоконних ліній).

4) Динамічні параметри інтерфейсу: час передачі окремого слова та блоку даних з урахуванням тривалості процедур підготовки та завершення передачі. Ці параметри є особливо важливими для систем реального часу.

5) Загальна кількість ліній (дротів) в інтерфейсі.

6) Інформаційна ширина інтерфейсу — число біт даних, що передаються паралельно через інтерфейс. Різні інтерфейси мають ширину 1, 8, 16, 32, 64, 128 чи 256 біт.

7) Зв’язок інтерфейсу: інтерфейс може бути однозв’язковим, коли існує лише єдиний шлях передачі інформації між парою пристроїв машини, і багатозв’язковим, що дозволяє пристроям обмінюватися інформацією по кількох незалежних шляхах. Багатозв’язковість інтерфейсів вимагає додаткової апаратури, але підвищує надійність та живучість обчислювальної машини, забезпечує можливість автоматичної реконфігурації обчислювального комплексу при виході з ладу окремих пристроїв.

© Реферат плюс



Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *