Монопольный режим

Основные типы и структуры каналов ввода-вывода.

Способ организации взаимодействия ПУ с каналом определяется соотношением быстродействия ОП и ПУ. По этому признаку ПУ можно классифицировать на две группы: быстродействующие (ЗУ на барабанах, дисках, лентах и другие устройства) со скоростью приема и выдачи информации примерно (0,1—10) 10⁶ байт/с и медленнодействующие (перфоленточные и перфокарточные устройства, печатающие устройства и др.) со скоростью около 1—2 тыс. байт/с и менее. Оперативная память может выдавать или принимать данные со скоростью примерно до 10*10⁶ байт/с.

В зависимости от соотношения быстродействия ОП и ПУ в каналах ввода-вывода реализуются два режима работы: монопольный и разделения времени (мультиплексирования).

После установления связи между каналом и ПУ последнее монополизирует канал на все время, пока полностью не завершится инициированная процессором канальная программа (цепочка операций) работы с данным ПУ и не будут произведены все предусмотренные этой программой передачи данных между ПУ и ОП. На все время выполнения данной канальной программы канал оказывается занятым для других ПУ.

Режим разделения времени (режим мультиплексирования). Несколько ПУ разделяет во времени канал ввода-вывода, при этом каждое из параллельно работающих с данным каналом ПУ связывается с каналом на короткие промежутки времени только после того, как ПУ подготовлено к приему или выдаче очередной порции информации (байта, группы байт и т.п.). Промежуток времени, в течение которого происходит передача информации между каналом и подготовленным к этому ПУ, может быть назван сеансом связи. Сеансы связи различных ПУ чередуются между собой. Во время сеанса связи одного из устройств с каналом другие устройства могут выполнять работу, не требующую использования средств канала (например, печатать очередной символ или считывать символ с носителя информации).

В соответствии с преимущественно реализуемым режимом работы различают каналы ввода-вывода: мультиплексный, осуществляющий мультиплексирование ПУ и селекторный, взаимодействующий с ПУ в монопольном режиме.

Мультиплексный (байт-мультиплексный) канал одновременно обслуживает несколько параллельно работающих ПУ, попеременно организуя с ними сеансы связи для передачи между ОП и ПУ небольших порций информации (1 байта или нескольких).

Если несколько ПУ подготовилось к очередному сеансу связи и запрашивает обслуживание со стороны мультиплексного канала, то канал выбирает одно из них в соответствии с принятыми для данной системы приоритетными правилами, например, в соответствии с порядком подключения устройств к каналу. Остальные устройства, готовые к сеансу связи, должны ожидать, когда подойдет их очередь на обслуживание. Мультиплексный канал предназначен главным образом для работы со сравнительно медленными устройствами, способными ожидать обслуживания без потери информации. Аппаратурные средства мультиплексного канала можно условно разделить на две части (рис. 8.7, а): средства, предназначенные для обслуживания отдельных ПУ, присоединенных к каналу, и оборудование, являющееся общим для всех устройств и разделяемое всеми устройствами во времени.
Средства канала, выделенные для обслуживания отдельных устройств, принято именовать подканалом.

Число подканалов определяет максимальное число одновременно работающих с данным каналом ПУ. Физически подканал реализуется в виде участка памяти, в котором хранятся параметры операции ввода-вывода, выполняемой данным устройством: текущие значения адреса и счетчика данных, код и указатели операции ввода-вывода, адрес следующего УСК и др. В качестве памяти для хранения этих параметров может использоваться либо специальная память, встроенная в мультиплексный канал, либо участок ОП машины.

Общее оборудование мультиплексного канала представляет собой набор триггерных регистров и комбинационных схем, позволяющих осуществлять обмен информацией между ОП и ПУ, модификацию текущих параметров операции ввода-вывода.

Селекторный канал предназначается для монопольного обслуживания одного ПУ. При работе с селекторным каналом ПУ после пуска операции остается связанным с каналом до окончания цепочки операций. До завершения цепочки операций селекторный канал по отношению к процессору представляется занятым устройством

Управляющее слово, выбранное селекторным каналом из памяти, содержится до окончания всех предписанных им действий в триггерных регистрах канала. Необходимые изменения текущих параметров операции производятся быстро с помощью соответствующих действий над содержимым триггерных регистров. Таким образом, все средства селекторного канала монополизируются на время операции одним ПУ. Можно считать, что селекторный канал содержит только один подканал (рис 8.7, б).

Рис. 8.7. Типы каналов: а - мультиплексный, б - селекторный.

Вследствие отсутствия потерь времени на перезапоминание текущих параметров операций ввода-вывода селекторный канал обладает высокой степенью готовности к обслуживанию пущенного им устройства и предназначается для работы с быстродействующими устройствами, которые могут терять информацию вследствие задержек в обслуживании (ЗУ на магнитных лентах, дисках и др.).

Возможность монопольного обслуживания ПУ вводится иногда и в мультиплексный канал. В этом режиме один из подканалов полностью занимает канал.

Блок-мультиплексные каналы позволяют осуществлять параллельную работу нескольких ВЗУ с прямым доступом. Операции, не связанные с передачей данных (установка головок на цилиндр, поиск записи и др.), выполняются для нескольких устройств в мультиплексном режиме, а передача блока информации происходит в монопольном (селекторном) режиме. Важным свойством блок-мультиплексного канала является возможность мультиплексирования передач блоков данных, относящихся к различным ВЗУ прямого доступа. Блок-мультиплексный канал содержит несколько подканалов.

Структура байт-мультиплексного канала (рис 8.8). В состав байт-мультиплексного канала входят следующие основные узлы:

1) набор триггерных регистров, в которых во время сеанса связи с ПУ содержатся текущие параметры активного подканала (активным называется тот подканал, для которого производится данный сеанс связи). Он состоит из регистра кода операции и указателей РгКОУ, регистра текущего адреса данных РгТАД, содержащего адрес байта в ОП, участвующего в данный момент в операции ввода-вывода, счетчика текущих данных СчТД, указывающего число байт, которое осталось ввести в ОП или вывести в данной операции, регистра адреса управляющего слова канала РгАУСК, определяющего адрес очередного УСК в цепи управляющих слов;

2) память подканалов, представляющая собой внутреннее ЗУ канала и предназначенная для хранения текущих параметров операций ввода-вывода, относящихся к пассивным подканалам. Каждому подканалу отведен в памяти участок, в котором хранится содержимое регистров РгКОУ, РгТАД, СчТД, РгАУСК, соответствующее последнему сеансу связи для данного подканала. Кроме того, в памяти подканалов предусматривается место для хранения некоторых других параметров операции, о которых будет сказано далее. Подканалы в памяти располагаются упорядоченно по возрастанию номера подканала, который, таким образом, может использоваться для адресации ячеек памяти подканалов. При формировании адресов ячеек памяти подканалов используется содержимое регистра номера активного подканала РгНАП;

Рис. 8.8. Структурная схема байт-мультиплексного канала.

3) регистр связи с интерфейсом РгСИ, в который поступает информация, получаемая из ПУ при вводе и из которого в ПУ выдается выводимая информация. Обмен информацией канала с ОП производится словами или двойными словами. Обмен с ПУ производится обычно более мелкими единицами информации, например байтами. Поэтому при выводе информации канал производит в РгСИ компоновку слова из поступающих в канал байт, а при выводе - развертку слова в РгСИ в последовательность выдаваемых в ПУ байт. Для определения конца компоновки или развертки слова используется счетчик байт СчБ, который указывает номер последнего обработанного байта в текущем слове данных. Содержимое СчБ и РгСИ. запоминается в соответствующем участке памяти подканалов наряду с регистрами РгКОУ, РгТАД и т. д.;

4) регистр команды ввода-вывода РгКВВ, предназначенный для хранения кода (двухбитового) операции команды ввода-вывода, поступающего в канал из процессора, когда процессор в соответствии со своей программой выполняет новую команду ввода-вывода.

Структура селекторного канала (рис. 8.9) содержит набор триггерных регистров, большинство из которых по своим функциям аналогично соответствующим регистрам в описанном ранее примере байт-мультиплексного канала.

Регистр номера периферийного устройства РгНПУ, заполняемый процессором при начальной выборке, указывает, с каким из периферийных устройств проводится текущая операция. Регистр данных РгД и регистр предварительного управляющего слова канала РгПУСК являются буферными. Буферным является также регистр РгСИ. Благодаря этим буферным регистрам становится возможным совмещение во времени передачи с высокой скоростью данных из ПУ в ОП (или из ОП в ПУ) с выборкой из ОП следующего управляющего слова в цепочке данных или операций.

Процедуры работы селекторного канала во многом похожи на процедуры байтмультиплексного канала. Основное отличие состоит в том, что текущие параметры операции в селекторном канале в течение всей операции содержатся и модифицируются, в триггерных регистрах, что обеспечивает высокое быстродействие этого канала. Кроме того, за счет введения дополнительных буферных регистров - регистра данных РгД и регистра предварительной выборки управляющего слова РгПУСК - в селекторном канале обеспечивается возможность совмещения во времени обмена информацией канала с ПУ и ОП.

Рис. 8.9. Структурная схема селекторного канала.

Дата добавления: 2014-01-07