Организация ввода-вывода

Лекция 5

Динамическое распределение

Статическое распределение

Сигнал IRQ доставляется локальным APIC, перечисленным в соответствующей записи таблицы перенаправления прерываний. Прерывание доставляется одному конкретному CPU, множеству CPU или всем CPU.

Сигнал IRQ доставляется локальному APIC процессора, который выполняет процесс с наименьшим приоритетом.

Каждый локальный APIC имеет программируемый регистр приоритета задания, который используется для вычисления приоритета текущего процесса. Intel предполагает, что этот регистр будет модифицироваться ядром операционной системы при каждом переключении процесса.

Кроме распределения прерываний по процессорам мульти-APIC система позволяет CPU генерировать межпроцессорные прерывания. Когда CPU желает послать прерывание другому CPU, он сохраняет вектор прерывания и идентификатор целевого local APIC в коммандном регистре прерываний (Interrupt Command Register (ICR)) своего локального APIC. Тогда сообщение посылается через шину APIC к целевому local APIC, который выпускает соответствующее прерывание своему CPU.

В настоящее время множество однопроцессорных систем включают чип I/O APIC, который может быть сконфигурирован двумя способами:

1. Как стандартный 8259A PIC, связанный с CPU. Local APIC отключен и две линии LINT0 и LINT1 сконфигурированы как INTR и NMI выводы.

2. Как стандартный внешний I/O APIC. Local APIC включен и все внешние прерывания получаются через I/O APIC.

Передача информации от периферийного устройства в ядро ЭВМ называется операцией ввода, а передача из ядра ЭВМ в периферийное устройство - операцией вывода.

Любая ЭВМ представляет собой сложную систему, включающую в себя большое количество различных устройств. Связь устройств ЭВМ друг с другом осуществляется с помощью средств сопряжения - интерфейсов.

Интерфейс представляет собой совокупность линий и шин, сигналов, электронных схем и алгоритмов, предназначенную для осуществления обмена информацией между устройствами. От характеристик интерфейсов во многом зависят производительность и надежность вычислительной машины.

Интерфейсы характеризуются следующими параметрами:

· пропускная способность - количество информации, которая может быть передана через интерфейс в единицу времени;

· максимальная частота передачи информационных сигналов через интерфейс;

· максимально допустимое расстояние между соединяемыми устройствами;

· общее число проводов (линий) в интерфейсе;

· информационная ширина интерфейса - число бит или байт данных, передаваемых параллельно через интерфейс.

Разработка систем ввода-вывода требует решения целого ряда проблем, среди которых выделим следующие:

1) Необходимо обеспечить возможность реализации ЭВМ с переменным составом оборудования, в первую очередь, с различным набором устройств ввода-вывода, с тем, чтобы пользователь мог выбирать конфигурацию машины в соответствии с ее назначением, легко добавлять новые устройства и отключать те, в использовании которых он не нуждается.

2) Для эффективного и высокопроизводительного использования оборудования компьютера следует реализовать параллельную во времени работу процессора над вычислительной частью программы и выполнение периферийными устройствами процедур ввода-вывода.

3) Необходимо упростить для пользователя и стандартизовать программирование операций ввода-вывода, обеспечить независимость программирования ввода-вывода от особенностей того или иного периферийного устройства.

4) Необходимо обеспечить автоматическое распознавание и реакцию ядра ЭВМ на многообразие ситуаций, возникающих в ПУ (готовность устройства, различные неисправности и т.п.).

Главным направлением решения указанных проблем является магистрально-модульный способ построения ЭВМ (рис): все устройства, составляющие компьютер, включая и микропроцессор, организуются в виде модулей, которые соединяются между собой общей магистралью. Обмен информацией по магистрали удовлетворяет требованиям некоторого общего интерфейса, установленного для магистрали данного типа. Каждый модуль подключается к магистрали посредством специальных интерфейсных схем (Иi).

Рис. Магистрально-модульный принцип построения ЭВМ

На интерфейсные схемы модулей возлагаются следующие задачи:

· обеспечение функциональной и электрической совместимости сигналов и протоколов обмена модуля и системной магистрали;

· преобразование внутреннего формата данных модуля в формат данных системной магистрали и обратно;

· обеспечение восприятия единых команд обмена информацией и преобразование их в последовательность внутренних управляющих сигналов.

Эти интерфейсные схемы могут быть достаточно сложными и по своим возможностям соответствовать универсальным микропроцессорам. Такие схемы принято называть контроллерами.

Контроллеры обладают высокой степенью автономности, что позволяет обеспечить параллельную во времени работу периферийных устройств и выполнение программы обработки данных микропроцессором.

Таким образом, при конструировании ЭВМ широко применяются различные средства унификации. Средства вычислительной техники проектируются на основе модульного принципа, который заключается в том, что отдельные устройства выполняются в виде конструктивно законченных модулей, из которых можно собирать ЭВМ в различных конфигурациях. При обмене между ПУ и ЭВМ используются унифицированные форматы данных. Преобразование унифицированных форматов данных в индивидуальные, приспособленные для отдельных ПУ, производится в самих ПУ. Унификации также подвергают все компоненты интерфейса, а также формат и набор команд процессора для операций ввода-вывода. Унификация распространяется на семейство моделей ЭВМ.

Для обеспечения параллельной работы процессора и периферийных устройств схемы управления вводом-выводом отделяют от процессора. Выполнение общих функций возлагают на общие для групп периферийного оборудования унифицированные устройства – контроллеры прямого доступа к памяти, процессоры ввода-вывода.

Дата добавления: 2014-01-06