Структура контроллера устройства
Контроллеры устройств ввода-вывода весьма различны как по своему внутреннему строению, так и по исполнению (от одной микросхемы до специализированной вычислительной системы со своим процессором, памятью и т. д.), поскольку им приходится управлять совершенно разными приборами. Не вдаваясь в детали этих различий, мы выделим некоторые общие черты контроллеров, необходимые им для взаимодействия с вычислительной системой. Обычно каждый контроллер имеет, по крайней мере, три внутренних регистра, называемых регистрами состояния, управления, данных. Для доступа к содержимому этих регистров вычислительная система может использовать один или несколько портов. Регистр состояния содержит биты, значение которых определяется состоянием устройства ввода-вывода, и которые доступны только для чтения вычислительной системой. Эти биты индицируют завершение выполнения текущей команды на устройстве (бит занятости), наличие очередного данного в регистре выходных данных (бит готовности данных), возникновения ошибки при выполнении команды (бит ошибки) и т.д. Регистр управления получает данные, которые записываются вычислительной системой для инициализации устройства ввода-вывода или выполнения очередной команды, а также изменения режима работы устройства. Часть битов в этом регистре может быть отведена под код выполняемой команды, часть битов кодировать режим работы устройства, бит готовности команды свидетельствует о том, что можно приступить к ее выполнению. Регистр данных служит для помещения в него данных для чтения вычислительной системой, и для помещения в него информации, которая должна быть выведена на устройство. Разумеется, набор регистров и составляющих их битов является приблизительным, он призван послужить нам моделью для описания процесса передачи информации от вычислительной системы к внешнему устройству и обратно, но в том или ином виде он обычно присутствует во всех контроллерах устройств. Вводом/выводом называют передачу данных между ядром ЭВМ, включающим в себя процессор и ОП, и периферийными устройствами (ПУ). Одни устройства являются разделяемыми, а другие - выделенными. Диски - это разделяемые устройства, так как одновременный доступ нескольких пользователей к диску не представляет собой проблему. Принтеры - это выделенные устройства, потому что нельзя смешивать строчки, печатаемые различными пользователями. Наличие выделенных устройств создает для операционной системы некоторые проблемы. 56. Определение ввода/вывода. Три режима ввода/вывода. Последовательность шагов при выполнении программного ввода/вывода. (л15).
Вводом/выводом называют передачу данных между ядром ЭВМ, включающим в себя процессор и ОП, и периферийными устройствами (ПУ). Одни устройства являются разделяемыми, а другие - выделенными. Диски - это разделяемые устройства, так как одновременный доступ нескольких пользователей к диску не представляет собой проблему. Принтеры - это выделенные устройства, потому что нельзя смешивать строчки, печатаемые различными пользователями. Наличие выделенных устройств создает для операционной системы некоторые проблемы. Существует три режима ввода-вывода:
Процесс передачи команды к периферийному устройству (программный ввод/вывод). Проще всего организовать ввод-вывод, возложив всю работу на центральный процессор. Этот способ называется программным вводом-выводом. 1. Процессор выставляет на шину адреса адрес устройства, на шину управления сигнал «поиск устройства» 2. Устройство с совпадающим адресом откликается на шину управления сигналом «совпадение адреса» 3. Процессор специальным сигналом запрашивает байт состояния и получает его. 4. Процессор помещает на шину данных команду и сигнал на шину управления «передача команды» 4. Процессор ожидает от устройства подтверждения о приеме команды. И после получения переходит к выполнению очередной команды Для повышения эффективности работы оборудования внешние устройства сделаны автономными. Получив от ЦП необходимую информацию, они самостоятельно организуют свою работу по обмену данными. Процессор же, запустив внешнее устройство, пытается продолжить выполнение программы. При необходимости (если встретятся соответствующие команды) он может запустить в работу несколько других устройств (так как внешние устройства работают значительно медленнее процессора). Если же ему приходится переходить в режим ожидания, то, пользуясь тем, что в ОП может одновременно находиться не одна, а несколько программ, ЦП переходит к выполнению очередной программы. При этом создается ситуация, когда в один и тот же момент времени различные устройства ЭВМ выполняют либо разные программы, либо разные части одной и той же программы. Такой режим работы ЭВМ называется многопрограммным. Основной недостаток программного ВВ связан с непроизводительными потерями времени процессора в циклах ожидания. К достоинствам следует отнести простоту его реализации, не требующей дополнительных аппаратных средств.
Свойства программного обмена (ПО): 1. Обменом управляет ЦП, выполняя программу «драйвер». 2. Процессор в соответствии с драйвером организует поочередное обращение то к памяти, то к портам. 3. Данные передаются через внутренние регистры процессора.
|
