Способы организации обмена с пу

В зависимости от степени участия центрального процессора в обмене данными в интерфейсах могут использоваться три способа управления обменом:

– режим сканирования (так называемый "асинхронный" обмен);

– синхронный обмен;

– прямой доступ к памяти.

Асинхронный обмен

Для внутреннего интерфейса ЭВМ режим сканирования предусматривает опрос центральным процессором периферийного устройства (ПФУ): готово ли оно к обмену, и если нет, то продолжается опрос периферийного устройства (рис. 5.3).

 

 

Алгоритм сканирования

Операция пересылки данных логически слишком проста, чтобы эффективно загружать сложную быстродействующую аппаратуру процессора, в результате чего в режиме сканирования снижается производительность вычислительной машины.

Вместе с тем при пересылке блока данных процессору приходится для каждой единицы передаваемых данных (байт, слово) выполнять довольно много команд (чтобы обеспечить буферизацию данных, преобразование форматов, подсчет количества переданных данных, формирование адресов в памяти и т.п.). В результате скорость передачи данных при пересылке блока данных даже через высокопроизводительный процессор может оказаться неприемлемой для систем управления, работающих в реальном масштабе времени.

Режим сканирования упрощает подготовку к обмену, но имеет ряд недостатков:

– процессор постоянно задействован и не может выполнять другую работу;

– при большом быстродействии периферийного устройства процессор не успевает организовать обмен данными.

 

 

Режим синхронного обмена (обмен по прерываниям)

В синхронном режиме центральный процессор выполняет основную роль по организации обмена, но в отличие от режима сканирования не ждет готовности устройства, а осуществляет другую работу. Когда в нем возникает нужда, внешнее устройство с помощью соответствующего прерывания обращает на себя внимание центрального процессора.

 

Прямой доступ к памяти

Для быстрого ввода-вывода блоков данных и разгрузки процессора от управления операциями ввода-вывода используют прямой доступ к памяти (DMA – Direct Memory Access).

Прямым доступом к памяти называется способ обмена данными, обеспечивающий автономно от процессора установление связи и передачу данных между основной памятью и внешним устройством.

В режиме прямого доступа к памяти используется специализированное устройство - контроллер прямого доступа к памяти, который перед началом обмена программируется с помощью центрального процессора: в него передаются адреса основной памяти и количество передаваемых данных. Затем центральный процессор от контроллера прямого доступа к памяти отключается, разрешив ему работать, и до окончания обмена может выполнять другую работу. Об окончании обмена контроллер прямого доступа к памяти сообщает процессору. В этом случае участие центрального процессора косвенное. Об­мен ведет контроллер прямого доступа к памяти. Прямой доступ к памяти (ПДП):

– освобождает процессор от управления операциями ввода-вывода;

– позволяет осуществлять параллельно во времени выполнение процессором программы с обменом данными между внешним устройством и основной памятью;

– производит обмен данными со скоростью, ограничиваемой только пропускной способностью основной памяти и внешним устройством.

 

ПДП разгружает процессор от обслуживания операций ввода-вывода, способствует увеличению общей производительности ЭВМ, дает возможность машине более приспособлено работать в системах реального времени.

 

 

Основные принципы построения современных ЭВМ

Децентрализация построения и управления вызвала к жизни такие элементы, которые являются общим стандартом структур современных ЭВМ:

– модульность построения;

– магистральность;

– иерархия управления.

Модульность построения

Модульность построения предполагает выделение в структуре ЭВМ автономных, функционально и конструктивно законченных устройств (процессор, память, накопитель на жестком или гибком магнитном диске).

Модульная конструкция ЭВМ делает ее открытой системой, способной к модернизации и совершенствованию. Модульность построения позволяет подключать к ЭВМ дополнительные устройства, улучшая ее технические и экономические показатели. Появляется возможность наращивания вычислительной мощи, улучшения структуры путем замены отдельных устройств на более совершенные, изменения и управления конфигурацией системы, приспособления ее к конкретным условиям применения в соответствии с требованиями пользователей.

В современных ЭВМ принцип децентрализации и параллельной работы распространен как на периферийные устройства, так и на сами ЭВМ (процессоры). Появились вычислительные системы (ВС), содержащие несколько вычислителей (ЭВМ или процессоры), работающие согласованно и параллельно. Внутри самой ЭВМ произошло еще более резкое разделение функций между средствами обработки. Появились отдельные специализированные процессоры, например сопроцессоры, выполняющие обработку чисел с плавающей точкой, матричные процессоры и др.

Модульность структуры ЭВМ требует стандартизации и унификации оборудования, номенклатуры технических и программных средств, средств сопряжения — интерфейсов, конструктивных решений, унификации типовых элементов замены, элементной базы и нормативно-технической документации. Все это способствует улучшению технических и эксплуатационных характеристик ЭВМ, росту тех­нологичности их производства.

Магистральность построения

Подчиненные модули (контроллеры, адаптеры, каналы ввода-вывода) могут в свою очередь использовать специальные шины или магистрали для обмена информацией. Стандартизация и унификация привели к появлению иерархии шин и к их специализации. То есть не по одной общей шине происходит обмен между всеми устройствами компьютера: процессором, памятью, контроллерами периферийных устройств, а для обмена используются несколько разные шины. Так из-за различий в скоростях работы отдельных устройств в структурах ПК появились:

– системная шина — для взаимодействия основных устройств – процессора и памяти;

– локальная шина — для ускорения обмена видеоданными;

– периферийная шина — для подключения "медленных" периферийных устройств.