2011. Машбук (1114722), страница 15

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

В каждыймомент времени в блоке головок может проходить обмен с одним из секторов.Рассмотрим пример выполнения операции обмена данными, размещенными в одном изсекторов. Для задания координат конкретного сектора в устройство управлениямагнитным диском должны быть переданы:номер цилиндра, в котором расположен данный сектор, — Nc;номер дорожки, на которой размещается сектор, — Nt;номер сектора — Ns.После получения координат сектора (Nc, Nt, Ns) выполняется следующаяпоследовательность действий:шаговый двигатель перемещает блок головок в цилиндр Nc;включается головка чтения/записи, соответствующая номеру дорожки Nt;как только головка чтения/записи позиционируется над началом искомогосектора Ns, запускается выполнение операции чтения (или записи).Таким образом, мы видим, что для выполнения операций обмена с магнитнымдиском не производится чтение какой-либо дополнительной информации с диска, т.е.обеспечивается «прямой доступ» к информации.Производительность внешнего запоминающего устройства — время доступа кхранящейся информации — во многом определяется наличием и продолжительностьюмеханических операций, которые необходимо провести при обмене.

Так, время обмена смагнитным диском будет определяться, в основном, временем выдвижения блока головокв соответствующий цилиндр (это время перемещения блока головок из начальногоположения к цилиндру с максимальным номером), а также временем позиционированияголовки в начало сектора, с которым будет осуществляться обмен (это время не большевремени полного оборота вала).

При работе с магнитной лентой механическаясоставляющая обмена существенно больше, поэтому магнитные диски являются болеевысокопроизводительными устройствами и применяются для оперативного храненияобрабатываемых данных. Магнитные ленты используются для организацииархивирования и долговременного хранения данных.Следующее устройство, которое мы рассмотрим, — это магнитный барабан(Рис.

37). В данном приборе также имеется электродвигатель, к оси которого прикрепленмассивный барабан, поверхность которого покрыта электромагнитным слоем. Двигательраскручивает барабан до достаточно высокой постоянной скорости. Помимо этогоимеется фиксированная штанга, на которой расположены головки чтения-записи. Подкаждой головкой логически можно выделить дорожку, которая называется треком.

Также, как и в диске, все дорожки разделены на сектора. Для адресации блока данных в этомслучае используется только номер дорожки (Nтрека) и номер сектора (Nсектора). Для тогочтобы произвести операцию чтения или записи, устройство управления должно включитьголовку, соответствующую указанному номеру дорожки; а после этого происходит49ожидание механического поворота цилиндра до выхода головки на начало искомогосектора. Таким образом, по сравнению с жесткими дисками, в этом устройствеотсутствует механическая составляющая выхода головки на нужный трек, поэтомуданный тип устройств считается более высокоскоростным.Рис.

37. Принцип устройства магнитного барабана.Напоследок отметим, что магнитные барабаны на сегодняшний день являются внекотором роде экзотическими устройствами: они используются в основном лишь вбольших специализированных высокопроизводительных компьютерах обычно длявременного хранения данных из оперативной памяти.И, наконец, отметим т.н. память на магнитных носителях (доменах) – магнитноэлектронное ВЗУ прямого доступа. Под доменом понимается некоторая элементарнаяединица, способная сохранять свою намагниченность в течение длительного промежуткавремени.

Домен может быть намагничен одним из двух способов (отмеченные на Рис. 38либо как «плюс-минус», либо как «минус-плюс»).штанга с головками+ + –– – +доментрекРис. 38. Принцип устройства памяти на магнитных доменах.Принцип работы устройства памяти на магнитных доменах основан на том, что подвоздействием магнитно-электронных эффектов магнитные домены разгоняются вдольсвоего трека до некоторой постоянной скорости.

В остальном же принцип работы данногокласса устройств ничем не отличается от работы магнитных барабанов. Соответственно,из-за того, что в данном устройстве нет механической составляющей, оно является ещеболее высокоскоростным по сравнению с предыдущими устройствами.Для считывания или записи информации на данный носитель устройствоуправления включает необходимую головку, которая по таймеру синхронизируется с«приходом» начала искомого сектора, после чего происходит обмен с найденнымсектором.1.2.4.2 Модели синхронизации при обмене с внешними устройствамиВажнойхарактеристикой,вомногомопределяющейфункционирования вычислительной системы, является модель50эффективностьсинхронизации,поддерживаемая аппаратурой компьютера при взаимодействии центрального процессора свнешними устройствами.Для иллюстрации рассмотрим пример.

Пусть выполняемой в компьютерепрограмме необходимо записать блок данных на магнитный диск. Что будет происходитьв системе при обработке заказа на данный обмен? Возможны две модели реализацииобмена, рассмотрим их.Синхронная работа с ВУ. При синхронной организации обмена в моментобращения к внешнему устройству программа будет приостановлена до моментазавершения обмена (Рис. 39).

Тем самым при использовании такой модели в системевозникали задержки, которые снижали эффективность функционирования ВС.Рис. 39. Синхронная и асинхронная работа с ВУ.Асинхронная работа с ВУ. При асинхронной организации работы внешнихустройств последовательность событий, происходящих в системе, следующая:1.Для простоты изложения будем считать, что в системе прерыванийкомпьютера имеется специальное внутреннее прерывание «обращение к системе»,которое инициируется выполнением программой специальной команды.

Программаинициирует прерывание «обращение к системе» и передает заказ на выполнение обмена,параметры заказа могут быть переданы через специальные регистры, стек и т.п. Воперационной системе происходит обработка прерывания, при этом конкретномудрайверу устройства передается заказ на выполнение обмена.2.После завершения обработки «обращения к системе» программа можетпродолжить свое выполнение, или может быть запущено выполнение другой программы.3.По завершении выполнения обмена происходит прерывание, послеобработки которого программа, выполнявшая обмен, может продолжить свое выполнение.Асинхронная схема обработки обращений к ВУ позволяет сглаживать дисбаланс вскорости выполнения машинных команд и скоростью доступа к ВУ.В заключении отметим следующее.

Представленная выше схема организацииобмена является достаточно упрощенной. Она не затрагивает случаев синхронизациидоступа к областям памяти, участвующим в обмене. Проблема состоит в том, что,например, записывая область данных на ВЗУ после обработки заказа на обмен, но дозавершения обмена, программа может попытаться обновить содержимое области, чтоявляется некорректным. Поэтому в реальных системах для синхронизации работы собластями памяти, находящимися в обмене, используется возможность ее аппаратногозакрытия на чтение и/или запись. То есть при попытке обмена с закрытой областьюпамяти произойдет прерывание.

Это позволяет остановить выполнение программы до51завершения обмена, если программа попытается выполнить некорректные операции собластью памяти, находящейся в обмене (попытка чтения при незавершенной операциичтения с ВУ или записи при незавершенной операции записи данной области на ВУ).1.2.4.3 Потоки данных. Организация управления внешними устройствамиПри рассмотрении работы любого компьютера имеют место два потокаинформации. Первый поток — это поток управляющей информации, второй поток — этопоток данных, над которыми осуществляется обработка в программе. Если рассматриватьэти потоки информации в контексте организации работы ВЗУ, то можно выделить такжепоток управляющей информации, включающий в себя команды, обеспечивающиеуправление внешним устройством, а также поток данных, перемещающихся между ВЗУ иоперативной памятью.

Рассмотрим теперь различные модели организации управленияВЗУ.Простейшей моделью является непосредственное управление процессоромвнешними устройствами (Рис. 40). Это означает, что центральный процессор фактически«интегрирован» со схемами управления внешними устройствами, имеет специальныекоманды управления ими, а также путем интерпретации последовательности командуправления осуществляет управление обменом.

Т.е. процессор подает командыустройству на перемещение головок обмена, на включение той или иной головки, наожидание и синхронизации прихода содержательной информации и пр. Помимоуказанного потока команд, центральный процессор обрабатывает и поток данных: онсчитывает информацию, участвующую в обмене, со специальных регистров и переноситее в оперативную память (либо же производит обратные манипуляции).

Таким образом, ипоток управления, и поток данных проходит через центральный процессор, что само посебе является трудоемкой задачей, к тому же эта модель подразумевает лишь синхроннуюреализацию.ОЗУВнешнееустройствоЦПРис. 40. Непосредственное управление внешними устройствами центральным процессором.Следующая модель предлагает синхронное управление внешними устройствами сиспользованием контроллеров внешних устройств (Рис. 41). Данная модель появиласьвслед за появлением внешних устройств, для которых имелись электронные схемыуправления этими устройствами — контроллеры, — взявшие на себя часть работцентрального процессора по управлению обменами. В этом случае контроллервзаимодействует с центральным процессором блоками больших размеров, при этомконтроллер может самостоятельно выполнять некоторые работы по непосредственномууправлению ВЗУ (например, пытаться локализовать и исправить возможные ошибки,которые могут случиться при чтении или записи данных).

Но исторически такой типуправления ВЗУ изначально был синхронным: процессор посылает устройству командына обмен и ожидает, когда этот обмен завершится. Что касается потока данных, то ничегонового в данной модели не представлено: процессор по-прежнему считывает их соспециальных регистров внешнего устройства и помещает их в оперативную память.52ОЗУЦПконтроллервнешнегоустройстваВнешнееустройствоРис.

41. Синхронное/асинхронное управление внешними устройствами с использованиемконтроллеров внешних устройств.Вслед за предыдущим типом устройств появились устройства, позволяющиеосуществлять асинхронное управление с использованием контроллеров ВЗУ (Рис. 41). Вэтом случае центральный процессор подает команду на обмен и не дожидается, когда этукоманду отработают контроллер и устройство, т.е. процессор может продолжитьобработку каких-то задач. Но для осуществления указанной модели необходимо, чтобы всистеме был реализован аппарат прерываний.Затем исторически появились т.н.

Характеристики

Список файлов лекций