Организация управления внешними устройствами
Непосредственное управление внешними устройствами центральным процессором. есть внешнее устройство, ЦП и ОЗУ. Устройство управления внешними устройствами оно имплантировано в ЦП. Т.е. ЦП выполняет абсолютно все действия по управлению внешними устройствами, что ведет к достаточно большим потерям у системы в целом. Это 1-я историческая модель.
2.Синхронное
управление внешними устройствами с
использованием контроллеров
внешних устройств. Суть такова : появились между ЦП и внешнем устройством -устройства, которые называются контроллер внешнего устройства. Контроллер внешнего устройства служит промежуточным звеном для общения ЦП и внешнего устройства. С точки зрения ЦП контроллер внешнего устройства может иметь интерфейсную часть (команды) более высоко уровневую, чем для 1-го случая (могут быть, команды уже подачи информации позиционировать на соответствующий сектор). Но при этом на ЦП ложится значительная работа по обработке ошибочных и ситуаций и прочих внештатных ситуаций, которые выполняются при обмене. Уровень и объем непроизводительной работы ЦП зависит от конкретного контроллера (т.е. насколько интеллектуальный контроллер).
3.Асинхронное управление внешними устройствами с использованием контроллеров внешних устройств.
Альтернатива синхронному управлению. Т.е. при появлении асинхронного управления – появляются прерывания, которые позволяют откладывать и запараллеливать разные действия, а проблема загрузки ЦП непроизводительной работой – она остается как есть. Все равно ЦП, несмотря на асинхронную работу, занимается плюс непроизводительной работой.
4.Использование контроллера прямого доступа к памяти (DMA) при обмене.
. Понятно, что здесь речь идет о асинхронном обмене и есть существенная оптимизация за счет того, что поток данных минует ЦП и много проблем как бы уходят со стороны ЦП. Тем не менее остаются проблемы связанные с управлением и отработкой данных обмена.
5.Управление внешними устройствами с использованием процессора или канала ввода/вывода.
В системе кроме ЦП присутствует специализированный процессор (специализированная машина), который обеспечивает управление внешними устройствами, который обеспечивает оптимизацию работы с внешними устройствами. Т.е. эта машина может иметь свою локальную оперативную память, и в этой локальной оперативной памяти может быть организовано кэширование доступа к внешнему устройству для того, чтобы минимизировать непосредственные обращения к внешнему устройству. Системы ввода/вывода предоставляют для процессора высокоуровневый интерфейс общения, который обеспечивает минимизацию загрузки ЦП объектной организацией ввода/вывода. Это означает, что проблемы обнаружения ошибок, попытки локализации ошибок и т.д. – все это уже происходит внутри процессора канала ввода/вывода и ЦП это не затрагивает.
Иерархия памяти
Данная иерархия строится с позиций близости к ЦП, стоимости памяти и системной составляющей. Т. е. есть ЦП и элементами памяти в ЦП являются регистры общего назначения и КЭШ 1-го уровня. Следующий уровень– это уровень устройства, которое называется КЭШ 2-го уровня, которое находится между ЦП и ОЗУ, т.е. обычно это устройство, которое быстрее ОП, но может быть медленнее и дешевле КЭШа 1-го уровня, а также может обладать немножко большими размерами чем КЭШ 1-го уровня, соответственного схема работы с КЭШем 2-го уровня аналогично схеме работы с КЭШем 1-го уровня. по иерархии уровень после уровня ОЗУ – это уровень внешнего запоминающего устройство с внутренней КЭШ-буферизацией. Т.е. это устройства, аппаратное управление которых имеет КЭШ буферизации, т.е. это уже менее эффективно, чем ОП, но достаточно эффективно, потому что опять-таки за счет внутреннего кэширования (при той же схеме кэширования, которая имеет место в схеме ЦП - ОЗУ ), сокращается реальное количество обращений к устройству и тем самым получается существенное повышение производительности работы устройства. Следующий уровень - внешнее запоминающее устройство прямого доступа без КЭШ-буферизации. Это устройства существенно менее эффективные, но также предназначенные для оперативного доступа к данным, т.е. это устройства, которые обычно используются в программе для организации внешнего хранения и доступа за данными, соответственно по производительности они могут быть разными, но для каких-то ситуаций категории этих двух устройств не принципиальны. Последним уровнем этой иерархии является уровень внешнего запоминающего устройства долговременного хранения данных. Т.е. это устройства, предназначенные для архивирования и долговременного хранения информации, к этим устройствам могут относиться и как устройства прямого доступа, и устройства последовательного доступа. Суть иерархии: на вершине находятся самые высоко скоростные, которые, в свою очередь являются также и самыми дорогими устройствами, но спускаясь вниз, мы получаем устройства менее дорогие, но обладающие более худшими показателями по скорости доступа, за счет всей системы предусматриваются достаточно большие элементы сглаживания дисбаланса в производительности каждого из типов этих устройств.