1.7. Организация аппаратных средств вм

В зависимости от способов связи между устройствами различают следующие виды организации ВМ:

1. Структура ВМ с непосредственными связями показана на рис. 1.2.

ЦП – центральный процессор

ОП – оперативная память

ВУ – внешнее устройство

Рис. 1.2

Каждое устройство может связываться с любым другим. Причем взаимодействие пары устройств можно организовать наиболее эффективно. Этот способ применялся в двух первых поколениях машин, но с возрастанием числа устройств машины такая организация становится сложной и дорогой в реализации.

2. Структура ВМ с канальной организацией показана на рис. 1.3.

ВУ

ВУ

Контроллер

Канал 1 (Мультиплексный)

ЦП ОП Канал 2 (Селекторный) Контроллер ВУ

Канал 3 (Мультиплексный)

Контроллер Контроллер

ВУ ВУ

ВУ ВУ

Рис. 1.3

Центральным элементом машины является память ОП, которая хранит программы ЦП и каждого из каналов, являющихся процессорами ввода-вывода, работающими параллельно с ЦП по собственной программе, выбираемой из ОП. Различают каналы: селекторный – управляет только одним ВУ и применяется для подключения быстрых устройств; мультиплексный – управляет несколькими более медленными ВУ.

При данной организации все еще очень большое количество связей. Большая специализация процессоров различного типа затрудняет их интегральное исполнение. Такая организация применялась в машинах третьего и частично четвертого поколений.

3.  Cтруктура ВМ с магистральной организацией по типу «общая шина (Unibus)» показана на рис. 1.4.

А

Р

Б Общая шина (ОШ)

ЦП И

Т

Р

Память К1 МЛТП

ВУ1 К1 К2 К3

ВУ ВУ ВУ

Рис.1.4

Магистрально-модульная организация компьютера предполагает выделение общего универсального канала (магистрали связи между элементами системы – модулями) и определения общих правил взаимодействия. В центре ВМ – центральный процессор, управляющий информационной связью между устройствами, подключенными к магистрали (ВУ и память). Магистраль, называемая также Общей шиной (ОШ), представляет собой множество проводов. По одной группе проводов (шина данных) передается обрабатываемая информация, по другой (шина адреса) – адреса памяти или ВУ, к которым обращается процессор. Есть еще третья часть магистрали – шина управления, по ней передаются управляющие сигналы (например, сигнал запуска операции в устройстве и др.). Всякая информация, передаваемая от процессора к другим устройствам по шине данных, сопровождается адресом, передаваемым по адресной шине. Это может быть адрес ячейки в оперативной памяти или адрес ВУ.

На схеме через МЛТП обозначен мультиплексор, обеспечивающий подключение нескольких ВУ к одному входу ОШ по нагрузочной способности, К1-К3 – контроллеры ВУ, Арбитр – аппаратная система приоритетов, разрешающая конфликты при одновременном обращении устройств к общей шине.

Типичная шинная транзакция включает в себя две части: посылку адреса и прием (или посылку) данных. Шинные транзакции обычно определяются характером взаимодействия с памятью: транзакция типа "Чтение" передает данные из памяти (либо в ЦП, либо в устройство ввода-вывода), транзакция типа "Запись" записывает данные в память.

В транзакции типа "Чтение" по шине сначала посылается в память адрес вместе с соответствующими сигналами управления, иницирующими чтение. Память отвечает, возвращая на шину данные с соответствующими сигналами управления. Транзакция типа "Запись" требует, чтобы ЦП или ВУ послало в память адрес и данные и не ожидает возврата данных. Обычно ЦП вынужден простаивать во время интервала между посылкой адреса и получением данных при выполнении чтения, но часто он не ожидает завершения операции при записи данных в память.

Используется единое адресное пространство ячеек памяти и внешних устройств; следовательно, все команды обработки данных процессора могут быть применены и к внешним устройствам. Общая шина является «узким местом» и снижает производительность и надежность машины.

4. Структура ВМ с шинной организацией показана на рис. 1.5.

Данная организация ВМ предложена для разгрузки шины, связывающей процессор с памятью, и как следствие – повышения производительности и надежности работы ВМ.

Рис.1.5

При такой организации используются различные магистрали для связи ЦП с памятью и с внешними устройствами. Соответственно, используются различные адресные пространства для обращения к памяти и ВУ. Это требует выделения специальной группы команд ввода- вывода в системе команд процессора:

ADD AX, 100 ; адресуется ячейка памяти 100

IN AX, 100 ; адресуется внешнее устройство с номером 100

Шина прямого доступа к памяти (ПДП) используется для связи ВУ и памяти без участия процессора.