6.Аппаратная архитектура компьютера: устройства хранения, ввода, контроллеры устройств, прямой доступ к памяти.
Устройство ввода-вы́вода — компонент типовой архитектуры ЭВМ, предоставляющий компьютеру возможность взаимодействия с внешним миром и, в частности, с пользователями и другими компьютерами.
Устройства хранения информации(устройства памяти) служат для временного или постоянного хранения информации, результатов ее обработки, операционной системы, а также программ, с помощью которых выполняется эта обработка.
Контроллер(англ.controller— регулятор, управляющее устройство) — устройство управления в электронике и вычислительной технике:
В настоящее время большинство устройств вводы вывода состоит из 2-х независимых частей:
микропроцессора, управляющего работой этого устройства.
механическая или электрическая часть, обеспечивающая ввод или вывод информации.
Микропроцессор, управляющий работой устройства называется контроллером устройства.
Для различных устройств он может составлять либо одно целое с устройством, либо располагаться независимо от устройства.
Каналы DMA(DirectMemoryAccess)- прямой доступ к памяти. Используется любыми высокоскоростными устройствами связи, которые должны с высокой скоростью обмениваться информацией с материнской платой. Пример: контроллер жесткого диска будет использоватьDMA, а контроллер гибкого- нет. Иногда каналыDMAмогут разделиться, если устройства не будут использовать их одновременно. Архитектура РС система АТ поддерживает 7 каналовDMA, 6 из которых подключены к разъемам расширения. КаналDMAиспользуют для подключения к микропроцессору каналов 0- 3.
DMA- позволяет без использования ИП пересылать данные из контроллера ввода вывода непосредственно в оперативную память и наоборот, из оперативной памяти в контроллер ввода вывода.
Прямой доступ к памяти(англ.Direct Memory Access, DMA) — режим обмена данными между устройствами или же между устройством и основной памятью (RAM), без участияЦентрального Процессора(ЦП). В результате скорость передачи увеличивается, так как данные не пересылаются в ЦП и обратно.
Кроме того, данные пересылаются сразу для многих слов, расположенных по подряд идущим адресам, что позволяет использование т. н. «взрывного» (burst) режима работы шины — 1 цикл адреса и следующие за ним многочисленные циклы данных. Аналогичная оптимизация работы ЦП с памятью крайне затруднена.
В оригинальной архитектуре IBM PC (шина ISA) был возможен лишь при наличии аппаратного DMA-контроллера (микросхема с индексом Intel 8237).
DMA-контроллер может получать доступ к системной шине независимо от центрального процессора. Контроллер содержит несколько регистров, доступных центральному процессору для чтения и записи. Регистры контроллера задают порт (который должен быть использован), направление переноса данных (чтение/запись), единицу переноса (побайтно/пословно), число байтов, которое следует перенести.
ЦП программирует контроллер DMA, устанавливая его регистры. Затем процессор даёт команду устройству (например, диску) прочитать данные во внутренний буфер. DMA-контроллер начинает работу, посылая устройству запрос чтения (при этом устройство даже не знает, пришёл ли запрос от процессора или от контроллера DMA). Адрес памяти уже находится на адресной шине, так что устройство знает, куда следует переслать следующее слово из своего внутреннего буфера. Когда запись закончена, устройство посылает сигнал подтверждения контроллеру DMA. Затем контроллер увеличивает используемый адрес памяти и уменьшает значение своего счётчика байтов. После чего запрос чтения повторяется, пока значение счётчика не станет равно нулю. По завершении цикла копирования устройство инициирует прерывание процессора, означающее завершение переноса данных. Контроллер может быть многоканальным, способным параллельно выполнять несколько операций.