27. Структура систем ввода-вывода

В зависимости от типа ЭВМ, её назначения, принципы построения и структуры систем ВВ отличаются. Определяющими факторами являются разнообразие и число ПУ в составе ЭВМ, а также интенсивность обмена данными.

Основные принципы построения структур систем вода – вывода:

1. ЭВМ с общим интерфейсом (рис. 1);

2. ЭВМ со множеством интерфейсов и каналами ВВ.

ОШ

П

ОП

УПУ

Контр-р

ПДП

ПУ

ПУ

ПУ

ПУ

Рис. 1

Эта структура состоит из общей шины, к которым подсоединены все устройства, в своей совокупности образующие ЭВМ.

28. Понятие интерфейса. Каналы ввода-вывода

Особенности систем ВВ с общим интерфейсом:

1. в каждый момент времени обмен осуществляется только между одной парой модулей (один из них П);

2. ряд ПУ подсоединяются к ОШ с помощью блоков управления ПУ (УПУ), которые осуществляет согласование форматов данных ПУ с форматом принятым для передачи по ОШ. Формат соответствует машинному слову П или ширине выборки ОП.

Шириной выборки можно назвать максимальный размер машинного слова, который можно извлечь. Этот способ обмена мало подходит для ПУ с поблочной передачей данных. Для этого необходимы контроллеры ПДП.

Структура систем ВВ с общей шиной имеет место в малых и микро ЭВМ, где ширина выборки 1-2 байта. При общем интерфейсе аппаратура управления ВВ рассредоточена по отдельным устройствам, и объем её зависит от числа ПУ. Достоинство: простота и гибкость при построении различных конфигураций. Недостаток: малая производительность и риск поломки ОШ, а, следовательно, и всей ЭВМ.

Структура систем ВВ с П ВВ (каналами ВВ).

ОП

ОП

ОП

Интерфейс ОП

П

Интерфейс процессор - канал

Канал ВВ

Канал ВВ

Интерфейс ввода - вывода

УПУ

УПУ

УПУ

УПУ

УПУ

УПУ

Малые интерфейсы Малые интерфейсы

ПУ

ПУ

ПУ

ПУ

ПУ

ПУ

Система на основе управления программно-управляемых П (каналов ВВ), наличие которых дает возможность освободить П от управления операциями ВВ. В ЭВМ с КВВ отсутствует однородность в структуре потоков и форматах обмена данными, что требует наличия нескольких специализированных интерфейсов. В соответствии с этим выделяют следующие типы - интерфейсы:

1. ОП;

2. процессор – консоль;

3. ВВ;

4. малые.

Все они характерны для ЭВМ с общим интерфейсом. Наиболее быстродействующим являются интерфейсы ОП и процессор – консоль. Информация здесь передается словами или словами двоичной длины (4-8 байт) в ОП, а через интерфейс ВВ побайтно или словами.

Основные параметры интерфейса:

1. пропускная способность – количество информации, передаваемой по каналу в единицу времени;

2. максимальная частота передачи информационных сигналов;

3. максимально допустимое расстояние между соединяемыми устройствами;

4. динамические параметры (время передачи отдельного слова или блока данных);

5. общее число линий в интерфейсе;

6. информационная ширина интерфейса.

Функции КВВ. При выборе функций возлагаемых на КВВ исходят из условия обеспечения реализации параллельной во времени работы П над программой с выполнением ПУ операций ВВ. для этого необходимо освободить процессор от операций управления обмена между ПУ и ОП, возложив это на каналы, управляемые канальными программами. При этом П должен лишь инициировать операции и указывать адрес начала программы канала для задаваемой операции ВВ.

• задание размера массива данных и области памяти, участвующих в обмене;

• формирование адресов последовательных ячеек ОП;

• подсчет числа единиц данных прошедших через канал;

• определение момента завершения передачи массива данных.

При этом канал должен осуществлять буферизацию и преобразование форматов передаваемых данных для согласования работы ОП и ПУ.

Дополнительные функции КВВ:

• организация цепочки данных. Возможны случаи, когда массив информации, предназначенный для передачи, не располагается в ОП последовательно, а состоит из нескольких подмассивов, которые расположены в произвольных участках. Для исключения включения в программу П, для каждого подмассива – отдельные команы ВВ, канал должен допускать задание в канальной программе цепочки данных для передачи составного массива;

• организация пропуска информации. Возможность задания в канальной программе пропуска информации в цепочке данных и реализации его без привлечения П;

• организация цепочки операции. При обмене информацией между ОП и ПУ может оказаться, что должна выполняться определенная последовательность операций ВВ. При этом целесообразнее, чтобы при подобных последовательностях для каждой операции не требовалось участие П. Для этого КВВ должен обеспечивать задание цепочек операций в канальной программе;

• блокировка контроля неправильной работы считываемого массива. При нарушении соответствия длины массива, считываемого или записываемого в результате операций ВВ, длине физической записи возникает сигнал прерывания;

• формирование запросов прерывания от ВВ. канал должен извещать П об окончании каждой операции ВВ, а также об обнаружении ошибок. Должна также иметься возможность задания в программе канала прерывания на любом этапе операции ВВ, т.е. все выполненные операции ВВ, предшествующие в канальной программе этому запросу;

• управляющая информация для операций ВВ. Управление ВВ с КВВ строится иерархически (1 уровень – П, 2 уровень – КВВ, 3 уровень - ПУ).

В управление ВВ используются коды состояния канала (слово состояние канала) и коды состояний ПУ (байт состояния). Программа канала представляет собой некоторую последовательность управляющих слов канала, обеспечивающие выполнение определенной операции ВВ. Канальные программы хранятся в ОП.

Основные типы и структура КВВ. В зависимости от соотношения быстродействия ОП и ПУ в каналах ВВ реализуются 2 режима работы:

1. монопольный (после становления связи между каналом и ПУ, ПУ занимает этот канал на все время, пока полностью не завершится инициируемая П канальная программа работы с данным ПУ);

2. разделенный во времени (несколько ПУ разделяют во времени КВВ, при этом каждый из параллельно работающих с данным каналом ПУ связывается с КВВ на короткое время, только после того, как ПУ подготовлено к приему/выдаче очередной порции информации; промежуток времени, в течение которого происходит передача, называется сеансом связи).

В зависимости от реализуемого режима работы различают мультиплексный канал и селекторный. Мультиплексный канал одновременно обслуживает несколько параллельно работающих ПУ, организуя попеременные сеансы связи, для обмена небольшими порциями информации. Он предназначен для работы со сравнительно медленными устройствами, способными ожидать обслуживания без потери информации. Структурная схема мультиплексного канала.

ОП

1-й подканал

2-й подканал

i -й подканал

Память

МПК

Общее оборудование МПК

Общий интерфейс канала

ПУ

ПУ

ПУ

АС МПК делят на:

1. средства для обслуживания отдельных ПУ;

2. оборудование, являющееся общим для всех устройств.

Число подканалов определяет максимальное число одновременно работающих с данным каналом ПУ. Физически подканал реализуется в виде участка памяти, в котором хранятся параметры операций ВВ. В качестве памяти используются специальная память, встроенная в МПК, либо участок ОП ЭВМ.