Структура компьютера с программно управляемым интерфейсом (ПУИ) ввода-вывода

Структуры компьютеров

Контроллеры

К операциям ввода-вывода относятся все операции, управляющие работой внешних устройств и обеспечивающие передачу данных между внешними устройствами и оперативной памятью. Операции ввода-выводараспространяются и на внешние запоминающие устройства и на устройства ввода-вывода, которые в связи с этим принято относить к одному классу устройств – внешним (периферийным) устройствам.

Внешние устройства (ВУ) подключаются к интерфейсу ввода-вывода (ИВВ) через контроллеры (К) по схеме, представленной на рис.

Ядро ЭВМ

Интерфейс ввода-вывода

К 1 ВУ 1  

К к ВУ к  

Рис. Схема подключения внешних устройств

Контроллер – электронное устройство, выполняющее следующие функции:

1) Опознавание обращения к ВУ путем сравнения собственного адреса с адресом ВУ, представленным на шине ввода-вывода;

2) Прием команды ввода-вывода, посылаемой по шине;

3) Исполнение команды ввода-вывода, что сводится к передаче данных между интерфейсом и ВУ и формированию сигналов, управляющих работой ВУ;

4) Формирование и передачу в шину информации о завершении операции ввода-вывода или об особых ситуациях в работе ВУ (неготовность к работе, ошибка в передаче данных и т.п.);

5) Формирование сигналов запроса от ВУ на передачу информации через интерфейс.

Таким образом, команды ввода-вывода исполняются ВУ, работающим под управлением контроллера, интерпретирующего наборы управляющих сигналов, поступающие по шине, в соответствующие действия, реализуемые аппаратурой ВУ и контроллера. Контроллер также передает данные между ВУ и шиной в стандарте интерфейса ввода-вывода и формирует сигналы запросов от ВУ на передачу информации через интерфейс.

Один контроллер может использоваться для обеспечения работы нескольких ВУ. Такой контроллер называется групповым. Количество ВУ, подключаемых к шине ввода-вывода, ограничивается следующими факторами:

-предельно допустимой длиной шины ввода-вывода;

-разрядностью адреса ВУ, представляемого на линиях интерфейса.

Процессор Запрос

КО АВУ

Интерфейс ввода-вывода

…..….

СД

К к   ВУ к  

К 1   ВУ 1  

Оперативная память

Рис. Структура компьютера с программно-управляемым интерфейсом ввода-вывода

В данной структуре на процессор возлагаются функции обеспечения ввода-вывода и ВУ подключаются через интерфейс ввода-вывода непосредственно к процессору. Команда ввода-вывода содержит код операции (КО) и адрес внешнего устройства (АВУ) и исполняется следующим образом:

1) Код операции КО и адрес АВУ посылается процессором в шину ввода-вывода;

2) Контроллеры ВУ сравнивают свои адреса с АВУ. Контроллер с заданным адресом принимает КО и инициирует работу ВУ;

3) При вводе данных СД предается по шине ввода-вывода в процессор, а при выводе – из процессора в контроллер ВУ, после чего команда ввода-выводасчитается выполненной.

(СД - слово данных пересылается специальным устройством ввода-выводамежду контроллером и регистром СД.)

Затем процессор обеспечивает обработку слова данных СД, например передачу слова в оперативную память. Передача сегмента данных, состоящего из последовательности слов, программируется совокупностью команд, в которой после команды ввода-вывода выполняются операции передачи СД в оперативную память (или в обратном направлении) и подсчет количества переданных слов.

Таким образом, ввод-вывод каждого слова данных программируется несколькими операциями процессора, и процессор непосредственно обслуживает процесс ввода-вывода.

Процессор, исполняя команду ввода-вывода, может инициировать операции ввода-вывода и, не дожидаясь ее выполнения, продолжить исполнение программы. В этом случае процессор и ВУ работают параллельно во времени. Когда ВУ готово к передаче слова данных, оно формирует сигнал запроса, поступающий в процессор. По этому сигналу работа процессора прерывается с переходом к выполнению программы ввода-вывода, обслуживающей данное ВУ.

Достоинство рассматриваемой структуры – малые затраты оборудования в системе ввода-вывода за счет того, что процессор реализует функции по передаче вводимых/выводимых слов в оперативную память, и по подсчету числа переданных слов.

Однако структуре с программно-управляемым интерфейсом присущи следующие недостатки:

1) Снижение производительности процессора за счет:

· простоев процессора при ожидании передачи данных в ВУ (или обратно)

· выполнения процессором операций по обслуживанию передачи последовательности слов.

2) Невозможность подключения к интерфейсу ввода-вывода высоко скоростных ВУ, поскольку для передачи данных требуется несколько процессорных операций.

В связи с этим структура с программно управляемым интерфейсом используется в компьютерах с низкой интенсивностью ввода-вывода данных, например в компьютерах встраиваемых в измерительные приборы и другие технические устройства.

Дата добавления: 2014-01-06