30. Структура компьютера с программно-управляемым интерфейсом.

В данной структуре (рис.1) на процессор возлагаются функции обеспечения ввода-вывода и ВУ подключаются через интерфейс ввода-вывода непосредственно к процессору. Команда ввода-вывода содержит код операции (КО) и адрес внешнего устройства (АВУ) и исполняется следующим образом:

1. Код операции КО и адрес АВУ посылается процессором в шину ввода-вывода.

2. Контроллеры ВУ сравнивают свои адреса с АВУ. Контроллер с заданным адресом принимает КО и инициирует работу ВУ.

3. При вводе данных слово данных СД предается по шине ввода-вывода в процессор, а при выводе – из процессора в контроллер ВУ, после чего команда ввода-вывода считается выполненной.

Процессор обеспечивает обработку слова данных СД, например передачу слова в оперативную память. Передача сегмента данных, состоящего из последовательности слов, программируется совокупностью команд, в которой после команды ввода-вывода выполняются операции передачи СД в оперативную память (или в обратном направлении) и подсчет количества переданных слов. Таким образом, ввод-вывод каждого слова данных программируется несколькими операциями процессора, и процессор непосредственно обслуживает процесс ввода-вывода.

Процессор, исполняя команду ввода-вывода, может инициировать операции ввода-вывода и, не дожидаясь ее выполнения, продолжить исполнение программы. В этом случае процессор и ВУ работают параллельно во времени. Когда ВУ готово к передаче слова данных, оно формирует сигнал запроса, поступающий в процессор. По этому сигналу работа процессора прерывается с переходом к выполнению программы ввода-вывода, обслуживающей данное ВУ.

Достоинство рассматриваемой структуры – малые затраты оборудования в системе ввода-вывода за счет того, что процессор реализует функции по передаче вводимых и выводимых слов в оперативную память и по подсчету числа переданных слов. Однако структуре с программно-управляемым интерфейсом присущи следующие недостатки:

1. Снижение производительности процессора за счет простоев процессора при ожидании передачи данных в ВУ (или обратно) и выполнения процессором операций по обслуживанию передачи последовательности слов.

2. Невозможность подключения к интерфейсу ввода-вывода высокоскоростных ВУ, поскольку для передачи данных между процессором и оперативной памятью требуется несколько процессорных операций.

В связи с этим структура с программно управляемым интерфейсом используется в компьютерах с низкой интенсивностью ввода-вывода данных, например в компьютерах встраиваемых в измерительные приборы и другие технические устройств

31. Структура компьютера с общей шиной

Все устройства компьютера (рис.1.1) процессор П, оперативная память ОП и внешние устройства ВУ, подключаются к обшей шине

…

ОП

ВУN

КN

ВУ1

К1

П

КОШ

Рис.1.1. Структура компьютера с общей шиной

через контроллеры К. Общая шина состоит из совокупности шин: шины адреса, по которой передаются адреса ячеек оперативной памяти и ВУ; шины данных, по которой передаются слова данных; шины управления, по которой передаются запросы на передачу данных, тип передачи (чтение-запись) и т.п. Общая шина обслуживает передачу данных между всеми устройствами в режиме мультиплексирования – разделение времени шины между параллельно работающими устройствами (рис.1.2). Процесс мультиплексирования организуется

       

t

Рис. 1.2. Мультиплексный режим работы канала ввода-вывода (, ,  - адреса внешних устройств 0, 1, 2,…)

контроллером общей шины КОШ, к которому обращаются внешние устройства ВУ, ВУ, ВУ,…, хранящие в своих контроллерах слова данных. В каждом цикле работы обшей шины между двумя устройствами передается одно слово данных, например между процессором и оперативной памятью или же между ВУ и оперативной памятью. Распределение времени общей шины между устройствами и управление передачей слов данных обеспечивается контроллером общей шины. Контроллер реагирует на запросы от устройств, выделяя наиболее приоритетный запрос, и предоставляет общую шину одному устройству. Устройство формирует адрес ячейки оперативной памяти, тип обращения к памяти (чтение-запись) и получает-передает слово данных. В следующем цикле обслуживается очередное устройство, сформировавшее запрос к общей шине.

Структура с общей шиной позволяет создавать компьютеры с более высокой производительностью, чем на основе программно управляемого интерфейса. Однако это достигается за счет дополнительных затрат оборудования в контроллере общей шины, и контроллере ВУ. Вместе с тем производительность компьютера ограничивается пропускной способностью общей шины, которая обычно составляет 40-60 млн. слов/с (к тому же длина общей шины ограничена). Чем выше пропускная способность шины, тем меньше ее длина, а этот фактор влияет на количество устройств, подключаемых к общей шине. Структуры ввода-вывода с общей шиной наиболее широко используются в персональных компьютерах. При этом контроллер общей шины называется системным контроллером, системным адаптером и т.д.