Основные сведения об организации ввода/вывода информации. Программно-управляемая передача данных и режим прямого доступа к памяти.
Способ организации ввода/вывода:
а) программный (программно управляемый, программируемый) ввод/вывод;
б) ввод/вывод по прерыванию (управляемый прерываниями);
в) ввод/вывод с использованием прямого доступа к памяти;
г) канальный ввод/вывод.
Программно-управляемый Ввод/вывод осуществляется при непосредственном участии ЦП. Реализация ввода/вывода производится специальной программой (драйвером ВУ), в котором выполняются следующие действия:
Пересылка порции данных между ОП и портом ввода/вывода (как правило, в качестве промежуточного звена используется какой – либо регистр ЦП).
Проверка готовности ВУ к обмену (сводится к опросу регистра состояния контроллера ВУ).
Ожидание готовности ВУ.
Изменение (модификация) параметров пересылки, в частности текущего адреса области ОП для ввода/вывода и счетчика длины пересылаемого блока.
Проверка завершения передачи путем сравнения счетчика с некоторым конечным значением (например, с нулем для декрементного счетчика).
Достоинства и недостатки ПУВВ PIO(Programming Input/Output):
Основным достоинством PIO принято считать относительную простоту его реализации, а основным недостатком – неэффективное использование ресурсов ЦП.
Прямой доступ к памяти – DMA
Основное отличие DMA от предыдущих способов в том, что участие ПЦ в организации ввода/вывода сводится к минимуму. ПЦ организует лишь так называемую инициализацию DMA, а также реакцию на завершение операции ввода/вывода.
Режим DMA используется для организации так называемых блочных пересылок. Типичным ВУ с блочным обменом являются накопители на магнитных дисках и магнитных лентах. Управление обменом в режиме DMA осуществляется специальным устройством (микросхемой), называемым контроллером DMA – DMAC. При этом контроллер DMA реализует обмен не на программном, а чисто на аппаратном уровне (DMAC – микропрограммный автомат).
D
MA
может быть реализован в одном из следующих
основных режимов (по Цилькеру):
Поддержка DMA на аппаратном уровне в процессоре фирмы Intel осуществляется на уровне входного сигнала HOLD(захват шины) и выходного сигнала HLDA(Hold Acknowledgment) – сигнал подтверждения захвата. Сигнал HOLD инициализирует DMAC при начале цикла обмена; ЦП, получив этот сигнал, отключается от шины и выставляет активный уровень сигнала подтверждения HLDA, получив этот сигнал, DMAC начинает цикл блочного обмена.
Стандартные контроллеры DMA позволяют реализацию следующих видов обмена:
Port -> Mem
Mem -> Port
Mem -> Mem (обмен с видеопамятью)
Port - > Port
В современных моделях ПК для обмена с жесткими дисками наряду с DMA также используется и PIO.
Организация синхронного обмена.
При синхронном обмене процессор встретив в потоке команд команду ввода/вывода, пересылает ее контроллеру соответствующего внешнего устройства и инициирует процедуру обмена. При этом на сам обмен выделяется какой то интервал времени, рассчитанный исходя из быстродействия того или иного внешнего устройства. Такой режим может привести к тому что:
1) Внешнее устройств может быть не готово к обмену.
2) Процедура обмена может быть по каким-либо тех. причинам не завершена.
Это приводит к риску потери данных. Потому данный обмен применяется только в относительно простых вычислительных системах.