3.6.1 Внешние запоминающие устройства (взу).

Обмен данными:

• записями фиксированного размера – блоками

• записями произвольного размера

Доступ к данным:

• операции чтения и записи (жесткий диск, CDRW).

• только операции чтения (CDROM, DVDROM, …).

Последовательного доступа:

•Магнитная лента

Прямого доступа:

• Магнитные диски

• Магнитный барабан

• Магнито - электронные ВЗУ прямого доступа

3.6.1.1 Устройство последовательного доступа

Магнитная лента

Чтобы добраться до определенной записи, нужно пройти все предыдущие.

3.6.1.2 Устройства прямого доступа

Магнитные диски

Блок может перемещаться от края к центру. Каждое устройство характеризуется фиксированным числом цилиндров. Дорожки относящиеся к одному цилиндру также пронумерованы. Дорожки образуют концентрические окружности. Все дорожки разделены на сектора. Начала одноименных секторов лежат в одной плоскости. Для задания координат определенного сектора в управляющее устройства необходимо передать:

1. номер цилиндра, где расположен сектор

2. номер дорожки на которой находится сектор

3)номер сектора

Магнитный барабан

Предназначен больших вычислительных комплексов. Представляет из себя большой цилиндр длиной до метра, в диаметре 30 – 40 см. Поверхность покрыта особым веществом, над поверхностью штанга с головками над треками. Скорость доступа достаточно большая. Механическая составляющая только вращение барабана.

Магнито-электронные ВЗУ прямого доступа

3.6.2 Организация потоков данных при обмене с внешними устройствами

Обмен данных осуществляется через центральный процессор.

Например, при чтении и получении данных из внешнего устройства они попадают на специальные регистры процессора и далее в память.

Обмен с использованием прямого доступа к памяти (direct memory access – DMA).

Нет необходимости для организации обмена использовать оперативную память. Но этот объем данных ограничен. Когда данные кончаются процессор выполняет дополнительную работу.

3.6.4 Организация управления внешними устройствами

1. Непосредственное управление внешними устройствами центральным процессором.

2. Синхронное управление внешними устройствами с использованием контроллеров внешних устройств.

3. Асинхронное управление внешними устройствами с использованием контроллеров внешних устройств.

4. Использование контроллера прямого доступа к памяти (DMA) при обмене.

Управление внешними устройствами с использованием процессора или канала ввода/вывода.

Прерывания: организация работы внешних устройств.

Одно из основных достижений прерываний – возможность организации асинхронной работы с внешними устройствами. Вернемся к ее рассмотрению. Пусть в системе имеется прерывание “обращение к системе”. Оно используется для организации доступа к функциям ОС.

Синхронная работа с ву

При синхронной организации обмена программа будет приостановлена с момента обращения к ВУ до момента завершения обмена. Дисбаланс между скоростью выполнения машинных команд и скоростью работы ВУ колоссальный. Поэтому задержки при синхронной работе крайне и крайне ощутимы.

Асинхронная работа с ву

Последовательность действий следующая

1. Программа инициирует прерывание “обращение к системе”, тем самым передается заказ на выполнение обмена, (параметры заказа могут быть переданы через специальные регистры, стек и т.п.) Происходит обработка прерывания (при этом программа (процесс) находится в ожидании). При обработке прерывания конкретному драйверу устройства передается заказ на выполнение обмена (который поступает в очередь).

2. После завершения обработки прерывания “обращение к системе” программа продолжает свое выполнение до завершения обмена (на самом деле это не всегда так, почему – ответ позднее).

3. Выполнение программы приостанавливается по причине возникнове6ния прерывания – завершение обмена с конкретным устройством. После обработки прерывания выполнение будет продолжено.

Очевидно, что асинхронная схема обработки обращений к ВУ позволяет сглаживать системный дисбаланс в скорости выполнения машинных команд и скоростью доступа к ВУ. Это еще одно из решений объявленной в начале курса проблемы.

Представленная выше схема организации обмена является достаточно упрощенной. Она не затрагивает случаев синхронизации доступа к областям памяти, участвующим в обмене. Проблема состоит в том, что, например, записывая некую область данных на ВЗУ, после обработки заказа на обмен, но до завершения обмена, программа может попытаться обновить содержимое области, что является некорректным. Поэтому в реальных системах для синхронизации работы с областями памяти, находящимися в обмене, используется возможность ее аппаратного закрытия на чтение и/или запись. То есть при попытке обмена с закрытой областью памяти произойдет прерывание. Это позволяет остановить выполнение программы до завершения обмена, если программа попытается выполнить некорректные операции с областью памяти, находящейся в обмене (попытка чтения при незавершенной операции чтения с ВУ или записи при незавершенной операции записи данной области на ВУ).