T Программно управляемый ввод-вывод

Программно управляемый ввод-вывод. Ввод-вывод по прерываниям в ЭВМ. Организация прямого доступа к памяти.

t Методы управления вводом/выводом

Связь вычислительной машины с внешним миром осуществляется с помощью самых разнообразных, внешних устройств. Каждое внешнее устройство подключается к модулям ввода/вывода посредством индивидуальной шины. По сути, модуль ввода/вывода это контроллер – устройство аппаратного сопряжения вычислительной машины и внешнего устройства. Непосредственно обмен данными осуществляется через порты ввода-вывода. Порт (port — ворота, дверь) – это абстрактное понятие, на самом деле несуществующее. По аналогии с ячейками памяти порты можно рассматривать как ячейки, через которые можно записать в периферийное устройство, или, наоборот прочитать из него. Так же как и ячейки памяти, порты имеют уникальные номера - адреса портов ввода-вывода.

Система ввода/вывода призвана обеспечить обмен информацией между ядром вычислительной машиныи разнообразными внешними устройствами.

В ЭВМ находят применение три способа организации ввода/вывода:

программно управляемый ввод/вывод;

ввод/вывод по прерываниям;

прямой доступ к памяти.

Наиболее простым методом управления вводом/выводом является программно управляемый ввод/вывод, часто называемый также вводом/выводом с опросом. Здесь все связанные с этим действия происходят по инициативе центрального процессора и под его полным контролем и реализуется специальной процедурой ввода/вывода. В этой процедуре центральный процессор с помощью команды ввода/вывода сообщает модулю ввода/вывода, а через него и внешнему устройству о предстоящей операции. Адрес модуля и внешнего устройства, к которому производится обращение, указывается в адресной части команды ввода или вывода. Модуль исполняет затребованное действие, после чего устанавливает в единицу соответствующий бит в своем регистре состояния. Ничего другого, чтобы уведомить центральный процессор, модуль не предпринимает. Следовательно, для определения момента завершения операции или пересылки очередного элемента блока данных процессор должен периодически опрашивать и анализировать содержимое регистра состояния модуля ввода/вывода.

Данные читаются пословно. Для каждого читаемого слова центральный процессор должен оставаться в цикле проверки, пока не определит, что слово находится в регистре данных модуля ввода/вывода, то есть доступно для считывания.

Существуют четыре типа команд ввода/вывода, которые может получить модуль ввода/вывода:

Команды управления используются для активизации внешнего устройства и указания требуемой операции. Для каждого типа внешнего устройства характерны специфичные для него команды управления.

Команда проверки применяется для проверки различных ситуаций, возникающих в модуле ввода/вывода и внешнего устройства в процессе ввода/вывода. С помощью таких команд центральный процессор способен выяснить, включено ли внешнее устройство, готово ли оно к работе, завершена ли последняя операция ввода/вывода и не возникли ли в ходе ее выполнения какие-либо ошибки. Действие команды сводится к установке или сбросу соответствующих разрядов регистра состояния модуля ввода/вывода.

Команда чтения побуждает модуль получить элемент данных из внешнего устройства и занести его в регистр данных. Центральный процессор может получить этот элемент данных, запросив модуль ввода/вывода поместить его на шину данных.

Команда записи заставляет модуль принять элемент данных (байт или слово) с шины данных и переслать его в регистр данных с последующей передачей во внешнее устройство.

Если к модулю ввода/вывода подключено несколько внешних устройств, то в процедуре ввода/вывода нужно производить циклический опрос всех устройств, с которыми в данный момент производятся операции ввода/вывода.

Основной недостаток программно управляемого ввода/вывода - неэффективное использование процессора из-за ожидания готовности очередной порции информации, в течение которого никаких иных полезных действий центральный процессор не выполняет. Кроме того, пересылка даже одного слова требует выполнения нескольких команд. Центральный процессор должен тратить время на анализ битов состояния модуля ввода/вывода, запись в модуль ввода/вывода битов управления, чтение или запись данных со скоростью, определяемой внешним устройством. Все это также отрицательно сказывается на эффективности ввода/вывода.

Главным аргументом в пользу программно управляемого ввода/вывода является простота, поскольку основные функции по управлению ввода/вывода берет на себя процессор. При одновременной работе с несколькими внешними устройствами приоритет устройств легко изменить программными средствами (последовательностью опроса). Наконец, подключение к системе ввода/вывода новых внешних устройств или отключение ранее подключенных также реализуется без особых сложностей.

Дата добавления: 2015-04-25