04.02.2015

Тема: Система управления ввода вывода

Общие сведения об архитектуре компьютера

магистрали - наборы линий, набор шин по которым передаются данные.

Каждая магистраль состоит их трех шин:

Шина данных )- передаются сигналы ,которые соответствующей информации, которая должна быть записана в память.
Шина управленияпо которой определяется, что нужно сделать с данными(процессор выставляет логический адрес устройства или памяти в которую будет передаваться информация).Сообщем что с этими данными нужно сделать.
Шина адресакоторая определяет куда эти данные необходимо вывести. Передача идет последовательно. После всех действий на шине управления выставляются сигналы соответсвующие операций записи или чтения при работе с устройствами ввода вывода.

Характеристика каждой шины , чем больше разрядность шины тем лучше.
8,16,32,64 ...

В начале для шины данных устанавливаем сигналы для памяти.

Устройства ввода вывода подлючаются к магистралям с помощью портов. Есть адресное пространство ввода памяти и есть пространство портов.

Ячейки отображаются в адресном пространстве памяти. Порты ввода/вывода отображаются в пространство памяти.

Порты ввода/ввывода взаимно однозначно отображаются на линейное адресное пространство ввода/вывода.

Общие сведения об архитектуре компьютера:

Передача информации из процессора в порт, отображенный в адресное пространство ввода/вывода

На адресной шине выставить сигналы для адреса порта.
На шине данных выставить сигналы данных
На шине управления выставить сигналы работы с устройствампи ввода/вывода и операций записи

Могут существовать два адресных простанства - пространство адреса и пространство ввода- вывода
Пространство обысчно отображается в адресное пространство ввода-вывода иногда в адресное пространство.
Какое адресное пространство использовать определяется типом команды или типом операндов.
Управление устройство ввода-вывода, приемом и передачи данных через порты и выставлением сигналов на магистрали занимаются контроллеры.

Каждый контроллер состоит как минимум из четерех регистров

Регистр состояния
Регистр управления
Регистр выходных данных
Регистр входных данных

Регистр состояния содержит биты значения которых определяется состоянием устройства и которые доступны только для чтения в вычислительной системы. Т.е. регистр состояние read only . в регистре состояния есть, как правило, есть: бит занятости , бит готовности и бит ошибки.

Регистр управления получает данные, которые записываются для инициализации устройства ввода-вывода или выполнения очередной команды.

Регистр состояния (read only):

без занятости
без готовности данных
без ошибки

Регистр управления (write only)

биты кода команды
биты режима работы
бит готовности команды

Регистр выходных данных(read only)

для записи из него всех данных

Регистр входных данных(write only)

само устройство передает в него результат

Вывод данных на внешнее устройство:

Прямой доступ к памяти

Организация ввода

Буфер -

Кеш хранит копию данных, а буфер - это область памяти, которая хранит информацию в единственном экземпляре. Устройства могут быть разделяемыми и неразделяемыми.

Spooling и захват устройств.

Способы использования неразделяемых устройств:

монопольный захват устройства
spooling

Spool - буфер, содержащий входные данные

Устройства ввода-вывода делятся на три группы:

Устройства работающие с пользователем (клавиатура, мышь).
Устройство работающие с компьютером (контроллеры, преобразователи,датчики,дисковые накопители,Н.:датчик температуры).
Коммуникации(модемы, сетевые адаптеры).

В рамках каждой группы устройства отличаются

Характеристика различий по которым различают устройства:

Скорость передачи данных
Приминение
Сложность управления. Чем сложнее управление тем сложнение организация контроллеров
Еденица передачи байтов. Данные могут передаваться байтами или символами
Представление данных. Разные данные могут иметь разную кодировку. Например поддерживать контроль четности или наоборот.
Характеристика услоывия ошибки(причина ошибки или природа ошибки укаждого устройства своя).

Обычно контроллер имеет несколько регистром и имеет свой буфер.

Тема 2. Функции подсистемы ввода-вывода:

Организация паралельной работы устройств ввода/вывода и процессора.
Согласования скоростей обмена и кэширования данных.
Разделения устройств между процессами.
Обеспечения удобного логического интерфейса между устройствами и системой.
Поддержка широко спектра драйверов.
Динамическая загрузка и выгрузка драйверов без дополнительных действий с ОС.
Поддержка нескольких файловых систем.
Поддержка ассинхронных и синхронных операций ввода/вывода.

Динамическая загрузка и выгрузка драйверов без дополнительных действий с операционной системой. поддержка нескольких различных файловых систем.

Файловая система - это способ организации, структурирования данных на этом устройстве.

!!!!Завтра д.з.
!!!!Семенар на тему файловых систем . поддержка нескольких файловых

Операция ввода вывода может выполнять тремя способами:

C помощью программируемого ввода-вывода, когда процессор встречает команду на ввод-вывод он посылает сигналы на контроллер
С помощью запросов и прерываний
С помощью прямого доступа к памяти(DMA - direct memory access) - в обход процессору. Процессор посылает запрос на передачу блока данных модулю прямого доступа к памяти. А прерывание происходит только после передачи всего блока данных. Обычно DMA модуль использует шину лишь в том случае, если в ней не нуждается процессор.

Когда процессору нужну записать или считать блок данных он выполняет запрос к модулю DMA и передает ему следующую информацию:

Тип операции(чтение и запись)
Адрес используемого устройства. как только мы подключам устройство система ему назнаечает адрес.
Начальный адрес считываемого или записываемой области памяти, т.е. куда записать или откуда считать данные.
Какое количество слов нужно прочитать или записать.

Вывод:Процесс участвует в операции только в начале или в конце. в самом обмене с устройством вводы -вывода не участвует.

Конфигурация прямого доступа к памяти:

Одиночная шина или обособленная DMA. Один канал по которому все устойства общаются.(см. рис 4 в тетраде)
Одиночная шина , интегрированные DMA
Обособленная шина ввода- вывода

Что такое spooling - имитация работы устройства в режиме непосредственного подключения к нему.