Лекция 6 Организация ввода-вывода
Передача информации от периферийного устройства в ядро ЭВМ называется операцией ввода, а передача из ядра ЭВМ в периферийное устройство - операцией вывода.
Связь устройств ЭВМ друг с другом осуществляется с помощью средств сопряжения - интерфейсов.
Интерфейс представляет собой совокупность линий и шин, сигналов, электронных схем и алгоритмов, предназначенную для осуществления обмена информацией между устройствами. От характеристик интерфейсов во многом зависят производительность и надежность вычислительной машины.
При разработке систем ввода-вывода должны быть решены следующие проблемы:
1) Должна быть обеспечена возможность реализации машин с переменным составом оборудования.
2) Для эффективного использования оборудования ЭВМ должны реализовываться параллельная во времени работа процессора над программой и выполнение периферийными устройствами процедур ввода-вывода.
3) Необходимо стандартизировать программирование операций ввода-вывода для обеспечения их независимости от особенностей периферийного устройства.
4) Необходимо обеспечить автоматическое распознавание и реакцию ядра ЭВМ на многообразие ситуаций, возникающих в ПУ (готовность устройства, различные неисправности и т.п.).
При конструировании ЭВМ широко применяются различные средства унификации. Средства вычислительной техники проектируются на основе модульного принципа, который заключается в том, что отдельные устройства выполняются в виде конструктивно законченных модулей, из которых можно собирать ЭВМ в различных конфигурациях. При обмене между ПУ и ЭВМ используются унифицированные форматы данных. Преобразование унифицированных форматов данных в индивидуальные, приспособленные для отдельных ПУ, производится в самих ПУ. Унификации также подвергают все компоненты интерфейса, а также формат и набор команд процессора для операций ввода-вывода. Унификация распространяется на семейство моделей ЭВМ.
Для обеспечения параллельной работы процессора и периферийных устройств схемы управления вводом-выводом отделяют от процессора. Выполнение общих функций возлагают на общие для групп периферийного оборудования унифицированные устройства – контроллеры прямого доступа к памяти, процессоры ввода-вывода.
К операциям ввода-вывода относятся все операции, управляющие работой внешних устройств и обеспечивающие передачу данных между внешними устройствами и оперативной памятью. Операции ввода-вывода распространяются и на внешние запоминающие устройства и на устройства ввода-вывода, которые в связи с этим принято относить к одному классу устройств – внешним (периферийным) устройствам.
Внешние устройства (ВУ) подключаются к интерфейсу ввода-вывода (ИВВ) через контроллеры (К) по схеме, представленной на рис. 1.
Ядро ЭВМ
Интерфейс ввода-вывода
К 1 ВУ 1
К к ВУ к
Рис.1. Схема подключения внешних устройств
Контроллер – электронное устройство, выполняющее следующие функции:
Опознавание обращения к ВУ путем сравнения собственного адреса с адресом ВУ, представленным на шине ввода-вывода;
Прием команды ввода-вывода, посылаемой по шине;
Исполнение команды ввода-вывода, что сводится к передаче данных между интерфейсом и ВУ и формированию сигналов, управляющих работой ВУ;
Формирование и передачу в шину информации о завершении операции ввода-вывода или об особых ситуациях в работе ВУ (неготовность к работе, ошибка в передаче данных и т.п.);
Формирование сигналов запроса от ВУ на передачу информации через интерфейс.
Таким образом, команды ввода-вывода исполняются ВУ, работающим под управлением контроллера, интерпретирующего наборы управляющих сигналов, поступающие по шине, в соответствующие действия, реализуемые аппаратурой ВУ и контроллера. Контроллер также передает данные между ВУ и шиной в стандарте интерфейса ввода-вывода и формирует сигналы запросов от ВУ на передачу информации через интерфейс.
Один контроллер может использоваться для обеспечения работы нескольких ВУ. Такой контроллер называется групповым. Количество ВУ, подключаемых к шине ввода-вывода, ограничивается следующими факторами:
-предельно допустимой длиной шины ввода-вывода;
-разрядностью адреса ВУ, представляемого на линиях интерфейса.
Структура компьютера с программно управляемым интерфейсом (ПУИ) ввода-вывода.