- •5. Общие принципы организации системы прерывания программ
- •5.1. Функции и характеристики системы прерывания программ
- •5.2. Программно-управляемый приоритет управляющих программ
- •6. Организация подсистемы ввода / вывода
- •6.1. Принципы организации системы ввода / вывода
- •6.2. Каналы и интерфейсы ввода / вывода
6. Организация подсистемы ввода / вывода
6.1. Принципы организации системы ввода / вывода
Эффективность использования вычислительных возможностей ЭВМ определяется не только возможностями ее процессора и характеристиками основной памяти, но также составом ее периферийных устройств, их техническими характеристиками и способами организации их совместной работы с ядром (процессор и основная память) компьютера.
При разработке подсистемы ввода/вывода должны быть решены следующие проблемы.
Должна быть обеспечена возможность реализации машины с переменной конфигурацией (то есть с переменным составом оборудования). В первую очередь, пользователь должен иметь возможность легко дополнять машину новыми устройствами, изменять состав периферийных устройств в соответствии с назначением ЭВМ.
Должна реализовываться параллельная во времени работа процессора над программой и выполнение периферийными устройствами процедур ввода/вывода.
Для пользователя должно быть упрощено и стандартизировано программирование операций ввода/вывода, обеспечена независимость программирования ввода/вывода от особенностей того или иного периферийного устройства.
Должны быть обеспечены автоматическое распознавание различных ситуаций, возникающих в периферийных устройствах, и реакция ядра ЭВМ на эти ситуации (будь то готовность устройства, различные нарушения его работы или отсутствие носителей).
Наиболее актуально решение этих проблем для ЭВМ с большим количеством разнообразных устройств.
Средства современной вычислительной техники проектируются на основе модульного (или агрегатного) принципа. Он заключается в том, что отдельные устройства выполняются в виде конструктивно законченных модулей (агрегатов), которые могут сравнительно просто в нужных количествах и номенклатуре объединяться, образуя ЭВМ.
При разработке средств вычислительной техники периферийных устройств особое внимание должно уделяться формированию унифицированных (не зависящие от типа периферийных устройств (ПУ)) форматов данных, которыми периферийные устройства обмениваются с ядром ЭВМ. Преобразование в индивидуальные форматы данных осуществляют контроллеры и адаптеры.
Одним из основных принципов при организации подсистемы ввода/вывода является наличие унифицированного интерфейса, т.е. унифицированного по составу и назначению набора линий и шин, унифицированных схем подключения, сигналов и алгоритмов (протоколов) управления обменом информацией между ПУ и ядром ЭВМ.
Операция ввода-вывода с любым ПУ представляет для процессора просто операцию передачи данных независимо от особенностей принципа действия данного ПУ, типа его носителя и т.п. Многие функции управления операциями ввода-вывода (как, например, управление прямым доступом к памяти) являются общими, они не зависят от типа ПУ. Другие являются специфичными для данного типа устройств. Выполнение общих функций возлагают на общие для групп ПУ унифицированные устройства - контроллеры прямого доступа к памяти, процессоры (каналы) ввода-вывода, а специфических — на специализированные для данного типа ПУ электронные блоки управления (адаптеры).
Использование множества периферийных устройств ПУ с относительно небольшим быстродействием приводит к тому, что основное время работы процессора занято обработкой операций ввода-вывода и ожиданием готовности внешних устройств к обмену. Это существенно снижает быстродействие ЭВМ. Эффективность работы ЭВМ можно повысить путем разделения функций управления центральным процессором и периферийными устройствами.