3 Организация системы Ввода/Вывода

Передача информации с периферийного устройства в ядро ЭВМ называется операцией "ввода", а передача из ядра в периферийное устройство операцией "вывода". Связь устройств друг с другом осуществляется с помощью средств сопряжения – аппаратных интерфейсов.

Интерфейс представляет собой совокупность линий и шин, сигналов, электронных схем и алгоритмов (протоколов), предназначенных для осуществления обмена информации между устройствами.

От характеристик интерфейсов зависит производительность и надежность компьютерных систем. В системах Ввода/Вывода ЭВМ исполняются 2 основных способа организации передачи данных между памятью и периферийными устройствами:

1 PIO (программно-управляемая передача данных) осуществляется при непосредственном участии и под управлением CPU, которое при этом выполняет специальную программу процедуры Ввода/Вывода. Данные между памятью и периферийным устройством пересылаются через CPU.

2. DMA (прямой доступ памяти Direct Memory Access) – способ обмена данными, обеспечивающий независимую от процессора передачу данных между памятью и периферийными устройствами.

Режим DMA обеспечивает более высокую скорость обмена данными за счет того, что управление обменом производится не программными, а аппаратными средствами. Можно выделить 2 характерных принципа постро-ения Ввода/Вывода: это ЭВМ с одним общим интерфейсом и ЭВМ с множеством интерфейсов и процессорами Ввода/Вывода.

Классы интерфейсов по функциональному назначению:

- системные интерфейсы (PCI, IDE);

- интерфейсы периферийного оборудования (LPT, USB):

а) общие;

б) специализированные.

- программно-управляемых модульных систем и приборов;

- интерфейсы сетей передачи данных.

Внутренние интерфейсы чаще носят название шина. Внешние интерфейсы часто называют портами. Шины могут соединять 2 и более устро-йств, а порты только 2 устройства.

Интерфейсы ЦПУ конструктивно выполняются в виде двух модифи-каций:

- слотовый (щелевой) разъем;

- socket.

Таким образом, любой компонент, вставленный в разъем может вза-имодействовать с каждым подключенным к шине компонентом ПК. Шина представляет собой набор проводников, соединяющий различные компоненты компьютера для подвода к ним питания и обмена данными.

В типовой конфигурации шина включает в себя:

- шина данных;

- шина адреса;

- шина управления (шина инструкции);

- шина питания.

Обычно системы включают два типа шин:

1. системная шина соединяет CPU c RAM и L2;

2. множество шин Ввода/Вывода, соединяющих CPU с различными перифе-рийными устройствами. При этом, периферийные устройства соединяются с системной шиной с помощью мостов.

Системная шина физически делится на:

1. первичная шина (FSB);

2. вторичная шина (BSB).

Использование двойной независимой шины повышает производи-тельность за счет независимой шины процессора параллельно обращаться к различным уровням памяти. Устройство, подключенное в шине, делится на две категории:

1. Bus masters – активные устройства, способные управлять работой шины;

2. Bus Slaves – устройства, способные только отвечать на запросы.