Буферы данных в системах ввода-вывода

Из предыдущего материала следует, что в организации систем ввода-вывода важное место занимают буферы данных (буферные ЗУ или регистры), располагаемые между периферийными устройствами и ядром ЭВМ (основной памятью, каналами ввода-вывода), а иногда между каналами и ОП. Так, например, в представленных на рис. 8.8 и 8.9 структурах каналов буферами данных являются регистры РгСИ. РгД. РгПУСК. Поэтому целесообразно более подробно рассмотреть общие вопросы использования буферов в системах ввода-вывода.

Буферы данных выполняют следующие функции:

согласование форматов данных, с которыми работают передающее и принимающее информацию устройства;

согласование скоростей работы передающего и принимающего устройств;

виртуальное (кажущееся) изменение количественных и качественных характеристик периферийного устройства (относительно устройств ядра ЭВМ).

К характеристикам ПУ, существенным для процесса обмена информацией, отнесем:
формат Ф_ПУ единиц информации (байт, слово и т. д.), которые передает или принимает ПУ;
интервал времени Т_ПУ между последовательно передаваемыми единицами информации, и интервал Q_ПУ между запросами ПУ на обслуживание (прием или выдачу единицы информация) со стороны ОП или другого устройства ядра ЭВМ (для ПУ с постоянной скоростью передачи данных).

Рис. 8.10. Буфер данных в системе ввода-вывода.

Рис. 8.11. Структура буфера данных (k _ф=4).

максимально допустимое время ожидания Тду периферийным устройством обслуживания со стороны ядра ЭВМ (приема информации в ОП и т. п.). Можно считать Q_ПУ ~ Т_ПУ и t_ПУ ~ Т_ПУ.

На рис. 8.10 представлен буфер данных БД, связывающий ПУ (точнее, его УПУ) с ОП (ядром ЭВМ), Независимо от направления передачи данных будем сторону буфера, обращенную ядру ЭВМ, называть внутренней, а обращенную к ПУ - внешней.

Буфер выполняет преобразование форматов данных с коэффициентом преобразования, который с учетом обозначений на рисунке определяется по формуле

k _ф= (внутренний формат)/(внешний формат) =Ф_я/Ф_ПУ.

Для буфера на рис 8.10 k _ф=4. В общем случае k _ф может принимать значения, большее, меньшее или равное 1.

На рис. 8.11 представлена структура буфера с k _ф=4, принимающего поток байт, поступающий из ПУ, например с дискового или ленточного ЗУ, и передающего 4-байтные слова в ОП. Рисунок позволяет более подробно представить функционирование буферного регистра РеСИ в каналах ввода-вывода.

Каждый поступающий с шины интерфейса в буфер байт сопровождается сигналом, подаваемым на вход счетчика (по модулю 4) числа байт СчБ, который, переходя из одного состояния в другое, последовательно открывает группы вентилей пропускающих байты в соответствующие позиции РгСИ. При поступлении четвертого байта в РгСИ завершается формирование 4-байтного слова, СчБ переходит в нулевое состояние и одновременно формируется сигнал запроса на передачу слова в ОПР.

Благодаря наличию буфера в k _ф раз увеличивается интервал времени между запросами, или, другими словами, в k _ф раз уменьшается частота запросов на прием информации в ОП. Однако при этом не меняется максимально допустимое время t_ПУ ~ Т_ПУ ожидания приема информации в ОП, так как уже через Т_ПУ после формирования запроса к ОП в РгСИ поступит байт 0 следующего слова и, если к этому моменту предыдущее слово не будет принято в ОП, произойдет искажение информации.

Можно говорить, что буфер виртуально изменяет количественные характеристики ПУ по отношению к устройствам ядра ЭВМ. В рассматриваемом на рис. 8.11 случае приведенные к ядру ЭВМ характеристика ПУ принимают следующие значения:

Ф'_ПУ=4Ф_ПУ; Т'_ПУ=4Т_ПУ; Q'_ПУ~4Т_ПУ; t'_ПУ~Т_ПУ

Если увеличить емкость буфера путем добавления дополнительного регистра РгД размером в 4-байтное слово (показан штриховой линией на рис.7.11), как это сделано в структурной схеме селекторного канала (см., рис. 8.9), и после приема в РгСИ четвертого байта производить передачу слова в РгД, одновременно формируя запрос к ОП, то максимальное время ожидания снятия информации из РгД возрастет до 4Т_ПУ. Таким образом, в результате увеличения емкости буфера (добавление РгД) приведенные к ядру ЭВМ характеристики ПУ принимают следующие значения:

Ф'_ПУ=4Ф_ПУ; Т'_ПУ=4Т_ПУ; Q'_ПУ=4Т_ПУ; t'_ПУ=4Т_ПУ

Увеличение t'_ПУ существенно для селекторных (блок-мультиплексных) каналов с интенсивным обменом информацией с ОП, особенно при реализации цепочек операций и данных.

Наличие буфера может приводить и к виртуальному качественному изменению характеристики ПУ. Например, в ЗУ магнитной лентой передача при записи и считывании информации производится с постоянной скоростью; другими словами, ЗУ с магнитной лентой является устройством с синхронной передачей, навязывающей ОП свой темп приема (выдачи) Информации. Однако если есть буфер, емкость которого достаточна для промежуточного хранения блока (зоны) данных, считываемых (или записываемых) с ленты, то по отношению к ядру ЭВМ ЗУ с лентой становится устройством с асинхронной поблочной передачей информации, работающем в произвольном темпе с остановкой ленты после передачи каждого блока.

Дата добавления: 2014-01-07