Принципы управления внешними устройствами

Принципы управления внешними устройствами.

Вычислительные машины, помимо процессоров и основной памя­ти (образующих ее ядро), содержат многочисленные периферийные устройства (ПУ): ВЗУ и УВВ.

Передача информации с периферийного устройства в ЭВМ называ­ется операцией ввода, а передача из ЭВМ в ПУ — операцией вывода.

Производительность и эффективность ЭВМ определяются не толь­ко возможностями ее процессора и характеристиками ОП, но и соста­вом ПУ, их техническими данными и способами организации их со­вместной работы с ЭВМ.

При разработке систем ввода-вывода ЭВМ особое внимание об­ращается на решение следующих проблем:

•   должна быть обеспечена возможность реализации машин с пере­менным составом оборудования, чтобы пользователь мог выбирать состав оборудо­вания (конфигурацию) машины в соответствии с ее назначением.

•   для эффективного и высокопроизводительного использования обо­рудования в ЭВМ должны реализовываться одновременная рабо­та процессора над программой и выполнение периферийными уст­ройствами процедур ввода-вывода;

•   необходимо упростить для пользователя и стандартизовать про­граммирование операций ввода-вывода, обеспечить независимость программирования ввода-вывода от особенностей того или иного •периферийного устройства;

•   необходимо обеспечить автоматическое распознавание и реакцию ядра ЭВМ на многообразие ситуаций, возникающих в ПУ (готов­ность устройства, отсутствие носителя, различные нарушения нормальной работы и др.).

Рекомендуемые материалы

В общем случае для организации и проведения обмена данными между двумя устройствами требуются специальные средства:

•   специальные управляющие сигналы и их последовательности;

•   устройства сопряжения;

•   линии связи;

•   программы, реализующие обмен.

Весь этот комплекс линий и шин, сигналов, электронных схем, ал­горитмов и программ, предназначенный для осуществления обмена информацией, называется интерфейсом.

В зависимости от типа соединяемых устройств различаются:

•   внутренний интерфейс ЭВМ (например, интерфейс системной шины, НМД), предназначенный для сопряжения элементов внутри системного блока ПЭВМ;

•   интерфейс ввода-вывода — для сопряжения различных устройств с системным блоком (клавиатурой, принтером, сканером, мышью, дисплеем и др.);

•   интерфейсы межмашинного обмена (для обмена между разными машинами) — для сопряжения различных ЭВМ (например, при об­разовании вычислительных сетей);

•   интерфейсы «человек — машина» — для обмена информацией меж­ду человеком и ЭВМ.

Если интерфейс обеспечивает обмен одновременно всеми разряда­ми передаваемой информационной единицы (чаще всего — байта или машинного слова), он называется параллельным интерфейсом.

Внутренний интерфейс ЭВМ всегда делается параллельным. Интерфейсы межмашинного обмена обычно последовательные, т.е. в них обмен информацией производится по одному биту, последова­тельно.

Для параллельного интерфейса необходимо, чтобы участники общения были связаны многожильным интерфейсным кабелем (количество жил не меньше числа одновремен­но передаваемых разрядов — бит). В последовательных интерфейсах участники общения связываются друг с другом одно-двух-проводной линией связи, световодом, коаксиальным кабелем, радиоканалом.

В зависимости от используемых при обмене программно-техничес­ких средств интерфейсы ввода-вывода делятся на два уровня: физический и логический

В зависимости от степени участия центрального процессора в об­мене данными в интерфейсах может использоваться три способа уп­равления обменом:

•   режим сканирования (так называемый «асинхронный» обмен);

•   синхронный обмен;

•   прямой доступ к памяти.

Для внутреннего интерфейса ЭВМ режим сканирования предус­матривает опрос центральным процессором периферийного устрой­ства (ПФУ): готово ли оно к обмену, и если нет, то продолжается оп­рос периферийного устройства (рис. 6.3).

Операция пересылки данных логически слишком проста, чтобы эффективно загружать сложную быстродействующую аппаратуру процессора, в результате чего в режиме сканирования снижается про­изводительность вычислительной машины.

Режим сканирования упрощает подготовку к обмену, но имеет ряд недостатков:

•   процессор постоянно задействован и не может выполнять другую работу;

•   при большом быстродействии периферийного устройства процес­сор не успевает организовать обмен данными.

            В синхронном режиме центральный процессор выполняет основ­ную роль по организации обмена, но в отличие от режима сканирова­ния не ждет готовности устройства, а осуществляет другую работу. Когда в нем возникает нужда, внешнее устройство с помощью соот­ветствующего прерывания обращает на себя внимание центрального процессора.

Для быстрого ввода-вывода блоков данных и разгрузки процес­сора от управления операциями ввода-вывода используют прямой доступ к памяти (DMA — Direct Memory Access).

Вместе с этой лекцией читают "Действие личного состава по сигналу Кольцо и Сбор".

Прямым доступом к памяти называется способ обмена данными, обеспечивающий автономно от процессора установление связи и пе­редачу данных между основной памятью и внешним устройством.

Прямой доступ к памяти (ПДП):

•    освобождает процессор от управления операциями ввода-вывода;

•   позволяет осуществлять параллельно во времени выполнение про­цессором программы с обменом данными между внешним устрой­ством и основной памятью;

•   производит обмен данными со скоростью, ограничиваемой только пропускной способностью основной памяти и внешним устрой­ством.

ПДП разгружает процессор от обслуживания операций ввода-вы­вода, способствует увеличению общей производительности ЭВМ, дает возможность машине более приспособленно работать в системах ре­ального времени.