1.Упрощенная схема ЭВМ с канальной организацией.(кар)
ВУ – внешние (периферийные) устройства
2.Понятие канала.
Канал – это специализированный процессор, осуществляющий всю работу по управлению контроллерами внешних устройств и обмену данными между оперативной памятью и внешними устройствами.
Контроллер внешнего устройства – это программно-аппаратная составляющая устройства, которая служит для связи внешнего устройства с данной моделью ЭВМ.
3.Принципы подключения внешних устройств к каналам.
Внешние устройства группируются по характерной скорости на два класса (быстрые и медленные) и подключаются к соответствующим каналам.
«Быстрые» устройства (например, накопители на магнитных дисках) подключаются к селекторным каналам. Такое устройство получает селекторный канал в монопольное использование на все время выполнения операции обмена данными.
«Медленные» устройства подключаются к мультиплексным каналам. Такой канал разделяется (мультиплексируется) между несколькими устройствами, за счет чего возможен одновременный обмен данными с несколькими устройствами.
Все контроллеры внешних устройств подключаются к «своим» каналам с помощью стандартного интерфейса.
4. Контроллер оперативной памяти
Доступ к оперативной памяти может получить и центральный процессор, и один из каналов. Для управления очередностью доступа имеется контроллер оперативной памяти. Он определяет приоритет доступа при одновременном обращении нескольких устройств к памяти.
Наименьший приоритет имеет центральный процессор. Среди каналов больший приоритет имеют медленные каналы. Таким образом, приоритет обратно пропорционален частоте обращения устройств к памяти.
5. Канальные команды и команды ЦП для работы с каналами.
Канальная программа состоит из канальных команд. Длина канальной программы произвольна, но ее последняя команда содержит признак конца.
Подготовку канальной программы и загрузку ее в оперативную память осуществляет операционная система.
Адрес начала канальной программы размещается в фиксированной ячейке памяти, называемой словом адреса канала CAW (Chanel Adress Word).
Центральный процессор для работы с каналами имеет всего несколько команд.
1. Операция обмена данными инициируется ЦП с помощью команды:
НАЧАТЬ ВВОД-ВЫВОД (Start IO (M,N))
M – номер канала
N – номер устройства
Команда передается во все каналы, но воспринимает ее только канал M.
Центральный процессор может проверить состояние канала с помощью команды:
2. ОПРОСИТЬ ВВОД-ВЫВОД (Test IO)
Если канал занят, то он устанавливает соответствующее состояние своих регистров, и процессор по команде (Test IO) может выяснить, что запуск канальной программы для обмена данными не состоялся.
6. Преимущества канальной организации ЭВМ.
В ЭВМ фон Неймана с канальной организацией процессор практически полностью освобождается от рутинной работы по организации ввода-вывода. Управление контроллерами внешних устройств и обмен данными берет на себя канал.
Наличие нескольких каналов передачи данных снимает трудности, связанные с блокировкой единственного канала (системной шины), что повышает скорость обмена.
Все это дает возможность производить обмен данными с внешними устройствами параллельно с основной вычислительной работой центрального процессора.
В результате общая производительность системы существенно возрастает. Удорожание схемы окупается.
7. Канал как специализированный узел. В рассмотренной выше схеме ЭВМ операции обмена данными с внешними устройствами организуются через специализированный узел — канал ввода-вывода. Благодаря этому можно организовать обработку информации параллельно с вводом-выводом. В настоящее время схемы со специализированными процессорами ввода-вывода часто встречаются в ЭВМ.
8. Информационная модель ЭВМ.(кар)
ЭВМ можно представить как совокупность узлов, соединенных каналом связи.
Узлы соединяют в себе функции хранения и преобразования информации. Некоторые узлы могут иметь специальную функцию ввода информации в систему и вывода из нее.
По каналам связи информация передается от узла к узлу.
9. Основные характеристики ЭВМ при использовании информационной модели.
Информационная модель позволяет определить следующие основные характеристики эвм
Узлы хранения имеют:
вместимость — максимальную, среднюю или минимальную;
скорость выборки;
разрядность выборки.
Преобразующие узлы имеют скорость преобразования
Каналы определяются:
скоростью передачи информации (пропускная способность);
разрядностью передачи.
10. Типовые схемы организации ЭВМ.
Показанная выше информационная модель ЭВМ не имеет ограничений на связи между отдельными узлами. Реализовать такую схему весьма сложно.
Реально существующие системы имеют ряд ограничений на связи и четкое функциональное назначение узлов.
Из множества возможных соединений выделяются следующие схемы ЭВМ (лекция)
ЭВМ с шинной организацией;
ЭВМ с канальной организацией
ЭВМ с перекрестной коммутацией
ЭВМ с конвейерной организацией
ЭВМ с распределенными функциями (распределенный интеллект)
11. Система команд ЭВМ.
Все разнообразие решаемых на ЭВМ задач реализуется с помощью небольшого набора очень простых команд.
Система команд у типичной ЭВМ включает в себя всего 60-150 базовых команд. Все команды в основном служат для выполнения очень простых действий, таких, как прочитать, запомнить, сложить, сдвинуть, сравнить и т.д.
Интеллектуальность ЭВМ достигается за счет того, что ЭВМ способна выполнять программы, состоящие из большого числа таких простых действий с огромной, не достижимой для человека скоростью.
При описании системы команд ЭВМ обычно принято классифицировать команды по следующим признакам.
12. Классификация команд ЭВМ.(кар)
13. Структура команды ЭВМ.
Адресная часть (коды адресов ячеек памяти)
|
([ ])([][][][])
|
Операционная часть (код операции)
14. Трехадресная команда.
[код операции][а1][а2][а3] - Трехадресная команда
а1,а2 – адреса ячеек (регистров), где находятся числа, участвующие в операции (операнды)
а3 – адрес ячейки оперативной памяти, куда нужно поместить результат
15. Команды передачи данных.
Данная группа команд включает в себя подгруппы команд передачи кодов между регистрами внутри процессора, из регистров процессора в память, из памяти в регистры процессора, из одних ячеек памяти в другие и передачи данных между процессором и портами внешних устройств.
Отдельную подгруппу составляют команды работы со стеком. Они позволяют включить данные в стек для временного хранения и извлекать данные из стека при необходимости их использования.
16. Команды обработки данных.
Данную группу команд с точки зрения выполняемых над данными операций можно подразделить на арифметические (сложить, вычесть, умножить, сравнить), логические (операции И, ИЛИ, НЕ и т.д.) и команды сдвига.
Команды этого типа могут иметь один или два операнда. Операнды могут храниться к регистрах центрального процессора, в памяти или в самой команде.
Результат операции формируется в регистре-приемнике или в специализированном регистре-аккумуляторе.
Команды данной группы формируют также признаки результатов, устанавливаемые в регистре флагов процессора: перенос из старшего разряда, переполнение, нулевой результат и др.