Учебное пособие Санкт-Петербург Издательство спбгэту «лэти» 2006

Вид материала

Учебное пособие

Содержание 5.1. Назначение и основные требования к системе ввода-вывода ЭВМ 5.2. Архитектура систем ввода-вывода Состав и сравнение функций контроллеров и каналов

Подобный материал:

• Учебное пособие Санкт-Петербург Издательство спбгэту «лэти» 2006, 648.91kb.
• Учебное пособие Санкт-Петербург Издательство спбгэту «лэти» 2004, 1302.72kb.
• Лэти» радиотехнические цепи и сигналы лабораторный практикум санкт-Петербург Издательство, 1341.05kb.
• Учебное пособие Издательство спбгпу санкт-Петербург, 1380.47kb.
• Учебное пособие Санкт-Петербург Издательство спбгпу 2003, 5418.74kb.
• Учебное пособие Санкт-Петербург 2011 удк 621. 38. 049. 77(075) Поляков, 643.33kb.
• СПбгэту центр по работе с одаренной молодежью информационное письмо санкт-Петербургский, 63.77kb.
• 1. Обязательно ознакомиться с пакетом заранее. Все вопросы можно обсудить с редакторами, 215.48kb.
• Пособие для студентов IV-VI курсов, интернов и клинических ординаторов Санкт-Петербург, 494.12kb.
• Новые поступления за январь 2011 Физико-математические науки, 226.57kb.

5.1. Назначение и основные требования к системе ввода-вывода ЭВМ

Назначение системы ввода-вывода – это обеспечение взаимодействия центральной части машины с внешней средой (пользователи, устройства, процессы), которое реализуется периферийными (или внешними) устройствами (ПУ или ВУ).

Связь процессора с периферийными устройствами осуществляется:

1. Через аккумулятор (регистр общего назначения).
   
2. Через оперативную память.
   

Оперативная память может непосредственно взаимодействовать с внешним устройством (ВУ) в режиме прямого доступа в память (ПДП).

Основные проблемы ввода-вывода.

1. Существует большое количество ВУ с различными параметрами:
   

1. По скорости передачи данных.
   
2. Формату передачи данных (устройства последовательного, параллельного представления информации и т.д.).
   
3. Различным размерам передаваемых данных (биты, байты, слова, блоки, секторы).
   
4. Количеству выполняемых функций (чтение, запись, перемотка, подсчет, измерение).
   

2. Различные скорости работы центральной части машины и ВУ (требуется многоуровневая буферная память).
   
3. Асинхронность работы центральной части машины и ВУ (согласование операций в устройствах).
   

Требования к системе ввода-вывода

1. Гарантировать эффективное согласование центральной части машины и ВУ с целью достижения максимальной производительности.
   
2. Обеспечение распределения ВУ между одновременно выполняемыми задачами в системе (большинство машин работают в многозадачных режимах).
   
3. Обеспечение управления каждым конкретным внешним устройством.
   
4. Обеспечение дружественного интерфейса с пользователем.
   

5.2. Архитектура систем ввода-вывода

Существует два основных способа организации системы ввода вывода.

1. Прямой ввод-вывод (рис. 5.1).
   
2. Косвенный (канальный) ввод-вывод (рис. 5.2).
   

1 ОП




Системная шина

ЦП




2




ОП Контроллер ВУ Контроллер ВУ







ВУ ВУ1 ВУ2 ВУ3




Механизм




Носитель
информации

Рис.5.1

При прямом вводе-выводе работа внешних устройств и памяти управляется центральным процессором, и все они подключаются к одной системной шине, при этом в зависимости от варианта подключения памяти может быть: в случае 1 – одно пространство адресов памяти и портов внешних устройств, а в случае 2 – отдельные адреса обращения к памяти и внешним устройствам. Процесс взаимодействия внешних устройств и центральной части машины определяется интерфейсом ввода вывода, под которым понимается совокупность сигналов, линий связи и алгоритмов управления, обеспечивающих заданный протокол взаимодействия внешних устройств и процессора. Под протоколом понимается последовательность формирования прямых и квитирующих сигналов взаимодействия (ответный сигнал называется квитирующим).





ВУ1 ВУ2 ВУ3 ВУ4







Контроллер 1 Контроллер 2







Канал 1

(Мультиплексный)




ЦП ОП




Канал 2 Контроллер ВУ


(Селекторный)


Рис. 5.2

На рис 5.2 показан процесс ввода-вывода по способу, называемому канальным.

Каналы делятся на следующие.

1. Мультиплексные (обслуживают много ВУ, но медленных).
   
2. Селекторные (обслуживают мало ВУ, но быстродействующих).
   

Отличительная особенность канального ввода-вывода - процессор освобождается от управления внешними устройствами, функция процессора заключается в инициализации запуска канальных программ и завершении операции ввода-вывода, выполняемой с помощью канала, по соответствующему признаку из канала (по существу это многопроцессорная система).


Состав и сравнение функций контроллеров и каналов

Контроллер

1. В текущий момент времени он выполняет одну команду ввода-вывода, получаемую от процессора или канала, и одновременно обслуживает одно внешние устройство.
   

В его функции входит:

1. Опознание своего адреса выборки.
   
2. Подтверждение готовности внешних устройств.
   
3. Управление операцией во внешнем устройстве.
   
4. Согласование форматов данных.
   
5. Согласование скоростей передачи (буферизация).
   
6. Фиксация момента и характера операции ввода-вывода.
   

Контроллер должен содержать:

1. Селектор адреса (логическая схема, выдающая разрешающий сигнал на один адрес).
   
2. Регистры управления (содержит команду) и состояния. Состояния характеризуются следующими битами: DONE, BUSY, ERROR, часто применяются биты приоритета.
   
3. Буферные регистры данных, которые служат для согласования форматов и скоростей передачи.
   

Канал

1. Выполняет целую канальную программу из многих команд.
   
2. Допускает одновременное управление несколькими внешними устройствами.
   

В его функции входит:

1. Опознание своего адреса и подтверждения готовности.
   
2. Прием команд процессора, инициализирующих работу канала, и нахождения в памяти своей канальной программы.
   
3. Поиск контроллера и внешнего устройства, участвующего в операции, и проверки их готовности.
   
4. Запуск канальной программы и управление обменом.
   
5. Сообщение центрального процессора о завершении операции и всей программы.
   

Канал представляет собой специализированный процессор с расширенными управлениями, и ограниченный арифметическими возможностями.