Типовые структуры однопроцессорных ЭВМ

Наибольшее распространение имеют три основные (типовые) конфигурации (структуры) ВК (ЭВМ). Первая, простейшая, строится на основе единого интерфейса (общей шины ОШ) (рисунок 3.5).

Основная память в этой структуре всегда пассивна. Активным может быть ЦП или КПУ. Для подключения периферийного устройства ПУ к ЭВМ (к ОШ) используется контроллер ПУ (КПУ), выполняющий роль устройства управления при обмене информацией с другими устройствами. Для каждого типа ПУ используется свой тип контроллера: контроллер клавиатуры, принтера, монитора и т. п. Ведущее устройство выставляет запрос на обмен, т. е. фактически запрос на захват ОШ. Получив ОШ в свое распоряжение, ведущее устройство выставляет адрес ведомого устройства и управляет обменом информации с ним по ОШ, посылая необходимую управляющую информацию. Например, при обмене с ОП – адрес ячейки ОП и сигнал чтения или записи. Такую структуру имеют ЭВМ типа РДР/11, СМ ЭВМ. Достоинства: простота структуры и обмена информации по ОШ.

Первый недостаток этой структуры: при большом количестве устройств, ПУ, в частности, ОШ становится «узким» местом в системе ввиду ее ограниченной пропускной способности. Активные устройства при большой загрузке ОШ достаточно часто (все с большей вероятностью) обнаруживают ОШ занятой обменом с другими устройствами и вынуждены ждать ее освобождения. Суммарная пропускная способность всех устройств не должна превышать пропускной способности ОШ. Иначе ожидание в очереди на обмен существенно ограничивает производительность ВК.

Уменьшить простои устройств и, следовательно, увеличить производительность можно разными способами. Первый способ – увеличить пропускную способность ОШ, если можно. Если нельзя, то применить второй способ – использовать несколько интерфейсов: два, три и т. д.

Второй недостаток: при большом количестве ПУ становятся ощутимыми затраты оборудования на их подключение к ОШ, т. е. суммарные затраты оборудования на реализацию контроллеров ПУ. Или, другими словами, для этой структуры характерны большие удельные затраты оборудования – суммарные затраты, поделенные на количество КПУ.

В силу указанных недостатков единый интерфейс находит применение в тех случаях, когда количество ПУ невелико. В тех случаях, когда количество ПУ велико, использование ОШ неэффективно.

Здесь ОП связана с ОШ, которая становится интерфейсом ввода-вывода, через ЦП. При этом ЦП берет на себя функции по управлению обменом ПУ с ОП, т. е. вводом-выводом информации. На время обмена ЦП становится каналом ввода-вывода КВВ (или процессором ввода-вывода ПВВ). В этой структуре ЦП берет на себя выполнение функций, общих для всех ПУ, т. е. не зависящих от специфики ПУ. А именно: адресацию ячеек ОП и КПУ, модификацию адресов А:=А+1, подсчет количества передаваемых байтов (слов) С:=С-1, завершение передачи по условию С=0 и др. В результате функции контроллеров ПУ в этой структуре упрощаются и затраты оборудования на их реализацию уменьшаются.

Итак, вторая типовая конфигурация вводится с целью экономии оборудования на КПУ путем выделения общих функций и передачи их ЦП или специальному устройству – КВВ или ПВВ. В результате удельные затраты оборудования (в пересчете на одно ПУ) уменьшаются. Такую структуру, фактически, имеет ПЭВМ типа IBM PC АТ, в которой роль ОШ (интерфейса ввода-вывода) выполняет итерфейс ISA (EISA).

Контроллеры ПУ в первой структуре могут быть ведущими, во второй структуре - всегда пассивны (ведомые устройства подчиняются воле ведущего устройства - КВВ или ЦП).

Производительность ВК можно увеличить, если уменьшить простои устройств. Для этого в состав ЭВМ надо ввести два или больше интерфейсов.

Третья типовая конфигурация основана на использовании нескольких интерфейсов (с целью повышения производительности ВК) и на использовании нескольких КВВ – с целью снижения удельных затрат оборудования. КВВ – новое устройство, отделенное от ЦП и предназначенное для управления обменом информации между ОП и ПУ (рисунок 3.7). В этой структуре применяется три типа интерфейсов: кроме интерфейса ввода-вывода используется интерфейс И_ОП, а также управляющий интерфейс ЦП И_ЦП. Здесь КПУ` проще, чем в первой структуре. Фактически в ней размножена вторая типовая конфигурация.

Увеличение производительности здесь достигается тем, что в этой структуре обеспечивается одновременная (параллельная) работа ЦП и ПУ, работающих под управлением каналов ввода/вывода и КПУ. КВВ выполняют роль одного из средств (третий пункт) мультипрограммирования: они обеспечивают прямой доступ к памяти (ПДП) для ПУ, минуя ЦП.

Функции КВВ: 1) запуск адресуемого ПУ по инициативе ЦП; 2) обмен с ОП по адресам А, А+1, …, А+С-1; 3) преобразование форматов данных – упаковка, т. е. формирование слова из байтов при вводе в ОП, распаковка – при выводе; 4) подсчет количества передаваемой информации С:=С-1 (до С=0); 5) завершение обмена по условию С=0 и прерывание ЦП.

Для организация КВВ применяются два способа:

1) КВВ можно реализовать как специализированный процессор ввода-вывода, для которого пишутся программы ввода-вывода - т. н. канальные программы (IBM 370, ЕС ЭВМ – большие ЭВМ, мэйнфреймы). Однако в мини- и микро-ЭВМ используется 2) способ – КВВ реализуется в виде контроллера ПДП (КПДП). Алгоритм обмена КПДП аппаратными средствами реализует действия А:=А±1, С:=С-1, С=0?. Это общие для всех ПУ функции, независимо от типа ПУ.

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: