Лекция 3 Структурная организация систем обработки данных

План

1. Структура и функции системы ввода-вывода.

2. Модули ввода-вывода.

3. Способы организации системы ввода-ввода.

Выделяют три подхода к повышению эффективности функционирования СОД:

1) совершенствование внутренней структуры (фон-неймановской);

2) повышение уровня машинного языка;

3) создание новых нетрадиционных архитектур.

Реальные архитектуры используют элементы различных подходов.

В большей степени на развитие архитектуры вычислительной системы оказывает степень и вид параллелизма задач, которые решаются на данной ВС. Большинство наиболее распространенных задач, решаемых с помощью ЭВМ, обладают параллелизмом низкого уровня (командный уровень). В связи с этим при организации СОД используют специальные структурные методы для повышения производительности системы.

1) автономные системы ввода-вывода (СВВ);

2) иерархическое многомодульное построение памяти;

3) сверхоперативная память и кэш-память;

4) относительная и косвенная адресация памяти;

5) системы прерываний и приоритетов;

6) конвейеры команд;

7) средства сопроцессирования;

8) организация подсистемы коммутации;

9) RISC-процессоры;

10) VLIW-процессоры.

В высокопроизводительных машинах организации системы ввода-вывода (СВВ) уделяется особое внимание, поскольку с увеличением быстродействия средств обработки растет потребность в исходных данных и увеличиваются объемы результатов обработки. Здесь используются внешние запоминающие устройства большого объема либо источники информации с высокими скоростями передачи (для систем реального времени).

1. Структура и функции системы ввода-вывода

С точки зрения системы ввода вывода любое периферийное устройство (ПУ) представляет собой генератор или потребитель квантов данных D_i, который может начинать работу под воздействием сигналов C_i от управляющих компонентов СВВ и сообщать им о своём состоянии сигналами S_i.

Простейшая реализация перечисленных функций возможна при центрально-синхронном принципе управления. Здесь синхронизация всех устройств ЭВМ осуществляется от единого центрального УУ, а все передачи данных с ПУ осуществляются через АЛУ. Все операции обработки и ввода-вывода выполняются последовательно. На время выполнения операции ввода-вывода, операции обработки прекращаются.

Улучшить производительность ЭВМ можно за счёт организации параллельного выполнения операций обработки и ввода-вывода. В этом случае реализуют асинхронный принцип управления, обеспечивающий независимость работы ПУ, ОЗУ и АЛУ.

Управление работой ПУ, формирование текущих адресов и запросов к памяти осуществляется посредством специальных схем управления (канала ввода-вывода - КВВ), взаимодействие которых с ЦП реализуется через систему прерываний и приостановок.

Приостановка - это процесс, при котором средства управления, работающие автономно от ЦП, задерживают его работу на время цикла памяти, при этом ОЗУ непосредственно занято приёмом или выдачей информации в канал ввода-вывода. В это время состояние ЦП не меняется, но выполнение команды задерживается. Сокращение времени приостановок добиваются за счёт расслоения памяти, чтобы обращаться только к части массива памяти, а не ко всему массиву.