Структура компьютера с каналами ввода-вывода.
В этой структуре (рис.) процессор полностью освобождается от обслуживания ввода-вывода данных, а выполнение операций ввода-вывода возлагается на каналы ввода-вывода (КВВ). Команда ввода-вывода, поступающая в процессор в общем потоке команд, содержит адрес КВВ, адрес внешнего устройства и адрес начала программы ввода-вывода, хранимой в оперативной памяти ОП. Исполняя команду ввода-вывода, процессор только инициирует указанный в команде КВВ и переходит к выполнению следующей команды программы.
КВВ
…
…
К ВУ
К ВУ
ОП
П
…
КВВ
К ВУ
К ВУ
Рис. Структура компьютера с каналами ввода-вывода
КВВ реализует следующие функции:
Выборку из ОП управляющего слова канала, содержащего код операции, исполняемой КВВ и заданным ВУ, адрес области оперативной памяти, в которую вводятся или выводятся данные, и длину сегмента вводимых (выводимых) данных.
Выполнение управляющего слова канала путем управления работой внешнего устройства ВУ и передачи данных между ВУ и КВВ через интерфейс ввода-вывода. По окончании передачи сегмента данных КВВ выбирает из оперативной памяти следующее управляющее слово канала.
Формирование сигналов, поступающих в процессор, о завершении программы ввода-вывода или особых ситуациях, возникших в процессе выполнения программы (неготовность ВУ, ошибка в данных и т.п.).
При наличии нескольких КВВ одновременно могут исполняться много программ ввода-вывода. При этом процессор свободен от обслуживания ввода-вывода и способен обрабатывать данные по другим программам. Структуры с каналами ввода-вывода широко используются в серверах, содержащих обычно от 2 до 200 процессоров и обеспечивающих параллельную во времени обработку многих программ, и в суперкомпьютерах.
КВВ функционирует во времени в следующих режимах:
Мультиплексный режим, при котором ресурсы канала и интерфейса ввода-вывода распределяются поочередно во времени для обслуживания нескольких одновременно работающих внешних устройств. При этом каждое внешнее устройство совместно с КВВ выполняет собственную программу ввода-вывода.
Монопольный режим, при котором ресурсы КВВ и интерфейс ввода-вывода предоставляются для обслуживания одного внешнего устройства на весь период передачи сегмента данных.
Мультиплексный режим обеспечивает одновременную работу низкоскоростных внешних устройств, а монопольный – высокоскоростных, производительность которых близка к пропускной способности интерфейса ввода-вывода и КВВ. КВВ, реализующие мультиплексный и монопольный режимы передачи данных, называют блок-мультиплексными каналами.
Структура компьютеров с каналами ввода-вывода обеспечивает высокую производительность системы ввода-вывода за счет использования нескольких КВВ и параллельной работы многих внешних устройств, подключаемых к одному каналу, в мультиплексном режиме. Высокая производительность системы ввода-вывода обеспечивается за счет значительных затрат аппаратуры, используемой для построения каналов ввода-вывода и организации многоканального доступа к оперативной памяти. По своей сути каналы ввода-вывода являются специализированными процессорами – процессорами ввода-вывода.