39. Подсистема ввода-вывода. Назначение и особенности организации.

К устройствам ввода-вывода вычислительных машин обычно относят как внешние запоминающие устройства (ВЗУ), так и различные периферийные устройства - внешние устройства (ВУ), разнообразие которых зависит от класса машины и ее применения. Управление работой информационных каналов, связывающих ЦП и ОП с внешними устройствами, осуществляется при помощи под­системы в/в.

В машинах разных классов применяются различные принципы построения подсистем в/в.

В структурах высокопроизводительных больших машин, опре­деляемых как майнфреймы, используются мощные автономные средства для управления в/в, реализованных в виде так называемых канальных устройств или специальных процессоров в/в.

В персональных компьютерах ПК, как правило, взаимодействие внешних устройств с ЦП и ОП осуществляется при использовании системной и/или локальных шин. Так, в IBM-совместимых ПК управление боль­шинством внешних устройств осуществляется контроллерами, ус­танавливаемыми в разъемы расширения системной платы (слоты). В некоторых ПК отдельные виды контроллеров встраиваются в саму системную плату. Периферийные устройства подключаются с помощью контроллеров и адаптеров, представляющих специаль­ные платы для различных внешних устройств, например, контрол­лер жесткого диска, контроллеры портов подключения принтера, мыши, дисплея и др. Контроллер в/в может быть конструктивно выполнен в виде отдельного устройства или платы, либо же пред­ставлять часть устройства в/в.

Порт - это некоторая схема сопряжения, обычно включающая один или несколько регистров в/в, обеспечивающих подключение ВУ к внешним шинам микропроцессора. Большинство ВУ работает асинхронно по отношению к микропроцессору, например, клавиа­тура или принтер. Поэтому необходимо согласование времени работы МП и ВУ. Их взаимодействие осуществляется по определен­ным правилам - протоколам взаимодействия.

Для выполнения операции в/в необходимо соблюдение одина­кового кода передачи данных, обеспечение единства форматов обмена данными, реализации стандартного протокола управляю­щих сигналов и т.д.

Выполнение перечисленных требований возлагается кроме кон­троллера на программы - драйверы. В состав операционных систем включаются драйверы ВУ, в функции которых входит информаци­онное обеспечение управления в/в. Драйверы устройств могут до­полнять систему ввода-вывода в операционной системе, обеспечи­вая обслуживание новых устройств или нестандартное использова­ние имеющихся устройств. Драйверы загружаются в память маши­ны при установке ОС. Таким образом, любой доступ к ВУ как к устройствам последовательного, так и прямого доступа произво­дится посредством драйверов ВУ. Некоторые драйверы, необходи­мые для функционирования системы, изначально присутствуют в ней.

40. Каналы ввода-вывода, назначение и функции. Прямой доступ к памяти.

КВВ представляет собой совокупность аппаратных и программ­ных средств, предназначенных для организации, управления обме­ном и непосредственной передачи данных между ОП и ВУ. В об­щем случае КВВ является функциональным элементом подсистемы в/в - ПСВВ. КВВ формирует маршрут передачи данных между ОП и ВУ, т.е. канал обмена осуществляет управление обменом, начи­ная от установки связи и кончая завершением передачи и разруше­нием установленного маршрута.

Физическая реализация КВВ может отличаться разнообразием, однако независимо от этого функция подключения ВУ к КПП осу­ществляется специальными аппаратурными средствами (средства­ми интерфейса) в соответствии с установленными правилами обмена сигналами. Основные функции КВВ можно разделить на три группы.

1. Установление логической связи между ВУ и ОП, т.е. образо­вание "канала" для передачи данных: определение маршрута для наиболее приоритетного запроса. Проверка работоспособности и готовности к выполнению заданного обмена каждого из компонен­тов выбранного маршрута. В случае невозможности участия в вы­полнении обмена какого-либо из компонентов (выключен, занят и т.п.), следует выполнить такие же проверки для альтернативного маршрута, а если это невозможно, передать сообщение ЦП.

2. Непосредственная передача данных между ВУ и ОП, заклю­чается в следующем: определение адреса ОП (для записи или чте­ния), преобразование форматов данных, используемых в ВУ и ОП, физическая передача данных, контроль передачи данных, регист­рация особых ситуаций (завершение передачи определенной пор­ции информации, возникновение ошибок и т.п.).

3. Завершение обмена и разрушение "канала", включает в себя: определение момента завершения обмена по сигналу от ВУ или ЦП, определение причин завершения обмена, информирование ЦП об изменении состояния компонентов ПСВВ.

Перечисленные функции КВВ реализуются различным сочета­нием аппаратных и программных средств. Если все функции управления обменов осуществляются программными средствами интерфейса и аппаратурой ЦП, то имеет место программно-реализованный КВВ.

Основные характеристики КВВ:

• номинальная пропускная способность V_квв - это число байтов данных, которые могут быть переданы посредством КВВ между ВУ и ЦП за единицу времени при условии, что никакие другие устройства системы не мешают выполнению функций КВВ;

• нагрузочная способность N_max - это наибольшее число ВУ, ко­торые в состоянии обслужить КВВ, не вызывая потери информа­ции и снижения скорости обмена.