3.1 Принципы организации передачи информации

Для минимизации загрузки процессора при выполнении процессов ввода-вывода функции управления распределяются на несколько устройств: процессор, главный контроллер (канал) ввода-вывода, контроллер ПУ и блок управления ПУ.

Функциональная схема передачи информации в компьютере показана на рисункке 3.2.

Рисунок 3.2 - Функциональная схема организации передачи

информации в компьютере

Операцию ввода-вывода начинает процессор, выдавая в главный контроллер ввода-вывода соответствующую команду (2). Предварительно, с помощью слова состояния канала, процессор должен убедиться, что он готов к работе (1).

Канал приступает к управлению вводом-выводом с помощью специальной программы канала. После чего процессор отключается от процесса ввода-вывода и функции управления принимает на себя канал.

Канал, после анализа слова состояния (4) соответствующего контроллера о его готовности, передает ему управляющий приказ (команду канала) (6,7) и может переходить к работе с контроллером другого ПУ. Далее контроллер ПУ управляет вводом-выводом, формирует и передает в блок управления ПУ необходимый управляющий код (сигнал) (8,9), получив который ПУ преступает к процессу передачи данных (10).

3.2 Система ввода-вывода

Задача системы ввода-вывода (СВВ) состоит в организации и управлении процессом передачи информации от периферийного устройства (ПУ) в оперативную память (ОП) машины при вводе и в обратном направлении при выводе (операции ввода-вывода).

Любое ПУ представляет собой генератор (или потребитель) данных (ГенД), который запускается в работу сигналами от управляющих компонентов СВВ и сообщает ей о своем состоянии сигналами «Состояние» (рисунок 3.3).

Рисунок 3.3 – Схема системы ввода-вывода

Основные функции СВВ:

- преобразование блоков (форматов) информации, принимаемых от ПУ при вводе, в форматы центрального процессора (ЦП) и ОП, обратное преобразование - при выводе;

• определение места в ОП, где должен быть размещен сформированный машинный блок при вводе или откуда должен быть выбран при выводе, т.е. формирование текущего адреса ОП;

• формирование управляющих сигналов для работы ПУ в различных режимах, задание типа выполняемой операции и т.д.;

• получение и обработка сигналов, характеризующих состояние ПУ, возможность выполнения им каких либо действий;

• получение приказов от ЦП на выполнение операций ввода-вывода, формирование сообщений о состоянии СВВ;

• синхронизация процессов ЦУ и ПУ.

3.3 Совмещение операций обработки ввода-вывода

Основные средства, позволяющие совместить операции ввода-вывода - прерывания и приостановки.

П рерывание - процесс переключения ЦП с одной программы на другую по внешнему сигналу с сохранением информации для последующего возобновления прерванной программы. Процесс прерывания показан на рисунке 3.4, где ПУ при возникновении события, требующего реакции со стороны ЦП, формирует сигнал, называемый запросом прерывания. Он может поступать в ЦП в произвольные моменты времени асинхронно по отношению к выполнению программы, поэтому запросы прерываний запоминаются на специальном регистре, называемый регистром запроса прерываний (РгЗП).

Рисунок 3.4 – Схема работы прерывания

Состояние РгЗП анализируется аппаратными или программными сред- ствами в определенные моменты выполнения программы (команды). После выполнения каждой команды схемы управления производят опрос состояния РгЗП и при наличии в нем единицы переходят к выполнению прерывания. Интервал времени ожидания между моментом поступления сигнала запроса прерывания в РгЗП и моментом начала обработки прерывания называют временем реакции на прерывание. Обработка прерывания включает в себя этапы запоминания состояния прерываемой программы и перехода к выполнению прерывающей программы (Тз – время запоминания состояния), собственно выполнения прерывающей программы (Тпп), восстановления состояния прерванной программы и возврата к ее выполнению (Тв). Интервалы Тз и Тв представляют собой накладные затраты, зависящие от способа реализации системы прерываний, которые в случае использования механизма прерываний для согласования моментов времени передачи данных между ЦП и ПУ могут снизить возможность параллельного выполнения операций обработки и ввода-вывода или сделать его невозможным.

Систему прерываний характеризуют способом опроса РгЗП, общим числом входов от внешних источников, числом уровней прерывания (по которым сгруппированы определенные источники), глубиной прерывания (максимальным числом программ, которые могут быть последовательно прерваны друг другом), системой приоритетов и организацией переходов к следующей программе.

Приостановка - процесс, при котором средства управления, работающие автономно от ЦП, задерживают работу на время цикла памяти Тц, при этом ОЗУ непосредственно занято приемом или выдачей информации для другого устройства. Во время приостановок текущее состояние процессора не меняется, но выполнение программы (команды) задерживается до освобождения ОЗУ. Процесс приостановки работы ЦП показан на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5 – Схема работы приостановки

Если обращение процессора к ОЗУ произошло в момент времени t1, но ОЗУ занято выполнением записи-чтения данных от другого источника (например, от СВВ), то работа ЦП приостанавливается на время t до момента t2 освобождения ОЗУ. Приостановки используются при организации СВВ.