Основные принципы построения и структуры системы ввода-вывода

Принципы построений и структуры систем ввода-вывода сильно различаются в зависимости от типа ЭВМ и ее назначения. Определяющими факторами являются разнообразие и число периферийных устройств в составе ЭВМ, интенсивность операций ввода-вывода.

Можно выделять два характерных принципа построения и соответствующие структуры систем ввода-вывода: ЭВМ с одним общим интерфейсом и ЭВМ с множеством интерфейсов и процессорами (каналами) ввода-вывода.

Структура с одним общим интерфейсом (рис. 8.3) предполагает наличие общей шины (магистрали), к которой подсоединяются все модули, в совокупности образующие ЭВМ: процессор, оперативная и постоянная памяти и периферийные устройства. В каждый данный момент через общую шину может происходить обмен данными только между одной парой присоединенных к ней модулей. Таким образом, модули ЭВМ разделяют во времени один общий интерфейс, причем процессор выступает как одни из модулей, системы.

Периферийные устройства подсоединяются к общей шине с помощью блоков управления (контроллеров) периферийными устройствами, осуществляющих согласование форматов данных, используемых в ПУ, с форматом, принятым для передачи по общей шине («информационная шина интерфейса»). Последний обычно соответствует машинному слову процессора и (или) ширине выборки в ОП.

Рис. 8.3. Структура системы ввода-вывода на основе общего интерфейса.

Однако такой способ обмена мало подходит для ПУ с поблочной передачей данных (ЗУ на дисках, лентах и некоторые другие ПУ). В этом случае применяют прямой доступ к памяти и контроллеры ПДП. Блоки буферизаций и согласования форматов передаваемых данных сравнительно несложны, если совпадают или невелика кратность ширины выборки оперативной памяти (информационной ширины общей шины) и формата данных (обычно однобайтового), используемого для передачи в большинстве ПУ. Это имеет место в малых ЭВМ, микропроцессорах и микро ЭВМ, где длина слова 1 - 2 байта.

Наоборот, в ЭВМ общего назначения с шириной выборки и форматом обмена между процессором и ОП 4—8 байт использование общего интерфейса потребовало бы усложнения блоков буферизации и согласования форматов в УПУ.

При общем интерфейсе аппаратура управления вводом-выводом рассредоточена по отдельным модулям, и ее общий объем существенно зависит от числа ПУ в составе ЭВМ, особенно от числа ПУ с поблочным обменом, требующим контроллеров прямого доступа к памяти.

Следует отметить, что в структуре, представленной на рис.8.3. процессор не полностью освобождается от управления операциями ввода-вывода. Более того, во время операции передачи данных интерфейс оказывается занятым, а связь процессора с памятью блокированной. Все это приводит к снижению производительности ЭВМ. Сказанное объясняет, почему общий интерфейс (интерфейс с общей шиной) нашел широкое применение (приобрел даже характер стандартного архитектурного решения) применительно к малым и микро ЭВМ, которые имеют короткое слово, небольшой объем периферийного оборудования и к общей производительности которых предъявляются умеренные требования. Для машин этого класса существенным является обеспечиваемые общим интерфейсом простота реализации системы ввода-вывода и гибкость при построении различных конфигураций вычислительных комплексов.

В то же время интерфейс с общей шиной оказывается малопригодным для высокопроизводительных ЭВМ общего назначения, работающих с многобайтными словами, большим набором периферийных устройств, в том числе внешних ЗУ при высокой интенсивности процессов ввода-вывода данных.

Широко используются несколько модификаций общего интерфейса: «общая шина», «мультишина» и др.

Дата добавления: 2014-01-07