stydopedia.ru

ОРГАНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ВВОДА-ВЫВОДА ИНФОРМАЦИИ

Для связи МК с объектом управления, для ввода и вывода информации используется 27 линий: три порта по 8 линий Р1, Р2 и BUS и три независимые линии тестируемые командами условного перехода: Т0, Т1 и INT.

Организация системы прерываний. МК имеет одноуровневую систему прерываний с двумя источниками запросов по входу ~INT (вектор 3) и переполнения таймера/счетчика Т (вектор 7). Одноуровневость означает отсутствие вложенности прерываний, т.е. новые запросы не воспринимаются до завершения обслуживания текущего запроса. При одновременном поступлении запросов высший приоритет имеет внешний источник. Каждый источник может быть замаскирован по специальным командам DIS I, DIS TCNT (запрет прерывания INT или от таймера) или размаскирован по командам EN I, EN TCNT соответственно (рис.6).

Линия INT контролируется во время сигнала ALE и результат тестирования запоминается в триггере внешнего прерывания TIX, установка которого инициирует эквивалент команды CALL 003h (переход по вектору прерывания). В стеке сохраняется РС и PSW, выполняется переход на ППОП, последней командой которой должна быть команда RETR — возврата из прерывания, восстанавливающая содержимое PSW и РС. К моменту выполнения команды RETR внешний сигнал запроса ~INT должен быть снят внешними средствами или выдачей из МК по какой-либо линии портов Р1 или Р2 сигнала подтверждения прерывания.

Аналогично работает схема обработки прерываний от таймера. Если прерывания от таймера разрешены (TRP TCN=1), то в момент возникновения переполнения таймера триггер TIT устанавливается и вызывает переход на ППОП от таймера по вектору 7, после чего автоматически сбрасывает флажок TIT.

Линии Т0 и Т1 используются для ввода тестирующего сигнала от двоичного датчика с объекта управления, по значению которых в МК может выполняться условный переход JT0, JT1, JNT0, JNT1 в программе.

Кроме того по линии Т0 из МК может выдаваться сигнал синхронизации CLK (опорная частота МК деленная на 3) после выполнения команды разрешения выдачи синхросигналов ENT0 CLK).

Линия Т1 может использоваться в качестве входа счетчика событий от внешних источников. Рассмотрим организацию таймера/счетчика (рис.7).

Устройство работает в двух режимах: таймера и счетчика, в которые оно переводится по командам START, а останов по команде STOP TCNT. При переходе через границу счета инициируется запрос на прерывание (переполнение) и устанавливается флажок переполнения TF, который может быть проверен командой условного перехода JTF addr8 и триггер TF автоматически сбрасывается.

В режиме счетчика подсчитывается количество переходов из 1 в 0 на внешнем входе Т1.

В режиме таймера устройство считает метки времени деления частоты машинных циклов ALE на 32. Это позволяет получить паузы от 1/32 ALE до 256 * 1/32 ALE.

Порты ввода-вывода Р1 и Р2.Специальная схемотехника портов Р1 и Р2 (квазидвунаправленная) позволяет выполнять ввод или вывод, причем каждая линия может быть индивидуально настроена на один из режимов. Выходные буфера портов имеют встроенные регистры, которые запоминают выводимые данные. При вводе данных информация поступает непосредственно в АС, минуя выходной буферный регистр, который должен находиться в состоянии 0FFh. Иначе выполняется операция маскирования вводимых данных по схеме «монтажное ИЛИ» с содержимым буферного регистра. Это и позволяет одни линии портов использовать для ввода, а другие для вывода. Упрощенная структура портов показана на рис.8.

Порт 2 отличается от Р1 тем, что его младшие 4 бита и линия PROG могут использоваться для расширения МК-системы по вводу-выводу с использованием БИС расширителя интерфейса К580ВР43 (рис.9).

Порт ввода-вывода BUS — это двунаправленная 8-разрядная мультиплексированная шина адреса/данных с z-состоянием и предназначен для побайтного ввода и вывода.

Порт BUS может использоваться как для подключения внешней памяти программ и данных, так и для расширения числа линий ввода-вывода для подключения дополнительных периферийных устройств, например, БИС параллельного и последовательного интерфейса ВВ55 или ВВ51. Ввод-вывод может осуществляться по двум типам команд: MOVX или командам ввода и вывода INS и OUTL.

Также как и для портов Р1 и Р2 при выводе байт фиксируется во внутреннем буферном регистре и вырабатывается сигнал ~ЗП (~WR), а при вводе формируется сигнал ~ЧТ (~RD).

Вводимые и выводимые через порт BUS данные можно маскировать по командам ORL BUS,#d и ANL BUS,#d, что позволяет выделять и обрабатывать отдельный бит или группу бит.

Рассмотрим подключение к порту BUS БИС параллельного интерфейса К580ВВ55.

Вариант А.Порты ВВ55 адресуются как ячейки внешней памяти данных, доступ к которым осуществляется по командам MOVX (рис.10).

Вариант В.Выбор порта ВВ55 осуществляется через установку адреса через порт Р2 МК48 (рис.11).

5rik.ru

Канальная организация подсистем ввода-вывода

Обратная связь

ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение

Как определить диапазон голоса — ваш вокал

Как цель узнает о ваших желаниях прежде, чем вы начнете действовать. Как компании прогнозируют привычки и манипулируют ими

Целительная привычка

Как самому избавиться от обидчивости

Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам

Тренинг уверенности в себе

Вкуснейший «Салат из свеклы с чесноком»

Натюрморт и его изобразительные возможности

Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д.

Как научиться брать на себя ответственность

Зачем нужны границы в отношениях с детьми?

Световозвращающие элементы на детской одежде

Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия

Как слышать голос Бога

Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ)

Глава 3. Завет мужчины с женщиной

Оси и плоскости тела человека — Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков — Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) — В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Эта форма организации ввода-вывода широко используется в мэйнфреймах, начиная с больших универсальных ЭВМ 3-го поколения. Данный способ обеспечивает мультипрограммный режим работы ВС, когда одновременно с обработкой данных выполняются процедуры ввода и вывода данных.

Логически такая подсистема ввода-вывода представляет собой совокупность подканалов обмена между внешними устройствами и ОП; каждому внешнему устройству выделяется логический подканал.

Реальные подканалы могут быть двух видов: неразделенные и разделенные. Неразделенный подканал представляетсобой средство выполнения процедуры обмена с определенным ВУ. Разделенный подканал представляет собой средство, которое может использоваться попеременно различными логическими подканалами для организации обмена с многими ВУ. Разделенный подканал может иметь собственное оборудование и отдельное сопряжение с ВУ.

Управление передачей данных между ОП и ВУ осуществляет канал ввода-вывода (или просто канал).

Канал может работать в двух режимах: монопольном и мультиплексном. При монопольном режиме в процессе ввода-вывода обслуживается только одно устройство, работа остальных ВУ блокируется. В мультиплексном режиме каждое из присоединенных ВУ попеременно взаимодействует с каналом в интервалы времени, устанавливаемые автоматически.

Мультиплексный (иногда называют байт-мультиплексный) канал имеет определенное число неразделенных подканалов, т.е. способен одновременно обеспечить выполнение операций ввода-вывода в каждом подканале, при этом общая нагрузка не должна превышать его пропускную способность.

Для обмена с быстрымиВЗУ в монопольном режиме используют селекторный канал (иногда называют блоковый или блок—мультиплексный канал).

Функционально подсистема ввода-вывода включает в свой состав процессоры ввода-вывода (канальные процессоры), устройства управления внешними устройствами (контроллеры) и собственно ВУ.

Канальный процессор, являющийся по сути специализированной ЭВМ, инициализирует работу канала с помощью команд ввода-вывода, в которых указывается вид операции, адрес канала и внешнего устройства, с которым будет происходить обмен.

Обычно таких команд в системе команд ЭВМ несколько. Например, для мэйнфреймов фирмы IBM(S/370, S/390 и др.) имеется не менее 8 команд ввода-вывода:

1. SIO – Начать ввод-вывод.

2. SIOF – Начать ввод-вывод с быстрым отключением.

3. TCH – Проверить (опросить) канал.

4. TIO – Проверить (опросить) ввод-вывод.

5. CLRIO – Освободить ввод-вывод.

6. HIO – Остановить ввод-вывод.

7. HDV – Остановить устройство.

8. STIDC – Записать идентификатор канала.

Ниже приведен формат команд ввода-вывода для указанных выше семейств ЭВМ.

Рис. 4.3. Формат команды ввода-вывода

Как следует из рис. 4.3 в поле адресов (байты 2 и 3) можно указывать до 256 каналов и до 256 устройств.

Ниже приведены примеры записи команд ввода-вывода.

SIO WWOD ; адрес канала и устройства задан символическим именем.

SIO X’00C’ ; адресован канал с номером 0, а адрес УВВ равен 0С.

Для того чтобы задать устройству ВВ необходимую команду, указать откуда брать данные для ввода-вывода и сколько данных необходимо вводить (выводить), необходимо указать в программе на языке ассемблера команду CCW, имеющую формат:

Операнд 1 – абсолютное выражение, определяющее код команды.

Операнд 2 – абсолютное или перемещаемое выражение, определяющее адрес данных.

Операнд 3 – абсолютное выражение, определяющее признаки (флажки).

Операнд 4 – абсолютное выражение, определяющее количество информации в байтах, участвующих в операции.

Например, команда

READ CCW X’02’, X’800’, X’00’, X’50’

осуществляет считывание (код 02), 80 байтов (50₁₆), в память с адреса 800₁₆.

На рис. 4.4 приведен вариант организации подсистемы ввода-вывода с 6-ю каналами (1 мультиплексный и 5 селекторных).

Для управления работой внешних устройств в ОС входит супервизор ввода-вывода и набор стандартных методов доступа, обеспечивающих обработку запросов пользователя, подготовку программ канала и обработку наборов данных. Управление операциями ввода-вывода осуществляется на физическом уровне.

В большинстве ЭВМ интерфейсы между ЦП и каналами идентичны с точки зрения состава передаваемой информации и логики ее обработки. В канальных подсистемах ввода-вывода используют для подключения ВУ как радиальные (магистральные), так и шинные интерфейсы. Возможно использование и комбинированных интерфейсов.

Главным достоинством канальной архитектуры является ее масштабируемость, позволяющая практически неограниченно наращивать производительность подсистемы ввода-вывода. К недостаткам следует отнести высокую стоимость, сложность и громоздкость системы.

Рис. 4.4. Структурная схема канальной подсистемы ввода-вывода

megapredmet.ru

Раздел 4. Организация системы ввода-вывода в эвм.

Назначение системы ввода-вывода – это, обеспечение центральной части машины с внешней средой представленными периферийными устройствами.

Связь процессора с периферийными устройствами осуществляется:

1. Через аккумулятор (регистр общего назначения)

2. Через оперативную память.

Оперативная память может непосредственно связаться с внешним устройством через DA.

Проблемы ввода-вывода:

1. Существует большое количество устройств ввода-вывода, с различными параметрами:

1. Скорость передачи данных.

2. Формат передачи данных (устройства последовательного, параллельного представления информации и т.д.).

3. Различные формы передачи данных (байты, слова, блоки секторы).

4. Количество выполняемых функции (чтение, запись).

2. Различные скорости работы центральной машины и внешних устройств (требуется многоуровневая буферная память).

3. Асинхронность центральной рабочей машины и внешних устройств (Это значит, что центральная машина работает сама по себе, внешне устройство подготавливается к работе (согласование устройств)).

Требования в системе ввода-вывода:

1. Обеспечить эффективное согласование центральной части машины и внешних устройств с

целью достижения максимальной производительности.

2. Обеспечение распределения внешних устройств по одновременно выполняемым

задачам в системе (большинство машин работают в многозадачных системах).

3. Обеспечение управлением каждым конкретным внешним устройством.

4. Обеспечение дружественного интерфейса с пользователем.

Архитектура систем ввода-вывода.

Существует два основных способа организации системы ввода вывода.

1. Прямой ввод вывод.

2. Косвенный ввод вывод (канальный ввод вывод).

ОП

системная шина

ЦП

ОП контрол. ВУ контр. ВУ

ВУ ВУ1 ВУ2 ВУ3

механизм

носит. инф

При прямом вводе-выводе работа внешних устройств управляется центральным процессором, и все это подключается к одной системной шине, при этом зависимым при подключений память может быть один раздел адрес памяти и портов внешних устройств, а в случае два используется единое обращение к памяти и внешних устройств. Процесс взаимодействия внешних устройств и центральной части машины определяется интерфейсом ввода вывода, под которым понимается совокупность сигналов линий связи и алгоритм управления, обеспечивает заданный протокол взаимодействия внешних устройств и процессора. Под протоколами понимается, последовательное формирование прямых и квитирующих сигналов взаимодействия (ответный сигнал называется квитирующим).

ВУ1 ВУ2 ВУ3 ВУ4

контр. 1 контр. 2

канал 1

(мультиплексный)

ЦП ОП

канал 2 контрол. ВУ

(селекторный)

В данной архитектуре осуществлен процесс ввода-вывода называемый канальный.

Каналы делятся на

1. Мультиплексные (обслуживают много, но медленно).

2. Селекторные (обслуживают мало, но быстро).

Отличительная особенность, процессор освобождается от управления внешним устройством, функция процессора осуществляется в инициализировании канальных программ и завершение операции ввода-вывода с помощью каналов (по существу это многопроцессорная система, в некотором смысле).

Сравнение функций контролеров и каналов, состав контролеров и каналов

Контролеры:

1. В текущий момент времени он выполняет одну команду ввода-вывода получаемую от процессора или канала и одновременно обслуживает одно внешние устройство.

В его функции входит:

1. Опознание своего адреса выборки.

2. Подтверждение готовности внешних устройств.

3. Управление операцией во внешнем устройстве.

4. Согласование форматов данных.

5. Согласование скоростей передачи (буферизация).

6. Фиксация момента и характера операции ввода-вывода.

Контроллер должен содержать:

1. Селектор адреса (логическая схема, выдающая разрешающий сигнал на один адрес).

2. Регистры управления (содержит команду) и состояния. Состояния характеризуются следующими битами: DONE,BUSYERRORчасто применяется бит приоритета.

3. Буферные регистры данных (которые служат для согласования форматов и скоростей передачи).

Особенности каналов:

1. Выполняет целую канальную программу из многих команд.

2. Допускает одновременно управлять несколькими внешними устройствами.

В его функции входит:

1. Опознание своего адреса и подтверждения готовности.

2. Прием команд процессора инициализирующих работу канала и нахождения в памяти своей канальной программы.

3. Поиск контроллера и внешнего устройства участвующего в операции и проверки их готовности.

4. Запуск канальной программы и управление обменом.

5. Сообщение центрального процессора о завершение операции и всей программы.

Канал представляет собой специализированный процессор с расширенными управлениями, и ограниченный арифметическими возможностями.

studfiles.net

Тема 2.4 Обслуживание ввода-вывода

Дом Тема 2.4 Обслуживание ввода-вывода

просмотров — 183

Способы организации ввода-вывода.

Организация побайтного ввода-вывода. Организация ввода-вывода с использованием каналов ввода-вывода. Последовательность операций, выполняемых каналом ввода-вывода. Канальная программа. Вовлечение операционной системы в управление вводом-выводом. Рабочая область канала ввода-вывода. Очередь запросов на ввод-вывод. Алгоритм обработки прерываний по вводу-выводу. Пример управления вводом-выводом.

□Основными задачами подсистемы ввода-вывода являются:

• организация параллельной работы процессора и устройств ввода-вывода, при обеспечении приемлемого уровня реакции каждого драйвера и минимизации общей загрузки процессора;
• согласование скоростей работы процессора, оперативной памяти и устройств ввода-вывода;
• разделœение устройств ввода-вывода между процессами;
• обеспечение удобного логического интерфейса к устройствам ввода-вывода.

□ Подсистема ввода-вывода обычно имеет ярко выраженную многослойную структуру, которая помогает объединить большое количество разнотипных драйверов в систему с общим интерфейсом.

□ Драйверы делятся на низкоуровневые, непосредственно управляющие работой контроллеров внешних устройств, и высокоуровневые, обеспечивающие логический интерфейс к устройствам, к примеру драйверы файловых систем

□ Для координации работы драйверов в подсистеме ввода-вывода может выделяться особый модуль, называемый менеджером ввода-вывода.

□ Аппаратные драйверы делятся на блок-ориентированные, обеспечивающие доступ к устройствам с поблочной непосредственной адресацией, и байт-ориентированные, управляющие устройствами, поддерживающими побайтный не адресуемый обмен.

Одной из главных задач ОС является обеспечение обмена данными между приложениями и периферийными устройствами компьютера. Собственно ради выполнения этой задачи и были разработаны первые системные программы, послужившие прототипами операционных систем. В современной ОС функции обмена данными с периферийными устройствами выполняет подсистема ввода-вывода. Клиентами этой подсистемы являются не только пользователи и приложения, но и некоторые компоненты самой ОС, которым требуется получение системных данных или их вывод, к примеру подсистеме управления процессами при смене активного процесса крайне важно записать на диск контекст приостанавливаемого процесса и считать с диска контекст активизируемого процесса.

Основными компонентами подсистемы ввода-вывода являются драйверы, управляющие внешними устройствами, и файловая система. К подсистеме ввода-вывода можно также с некоторой долей условности отнести и диспетчер прерываний.

Условность состоит по сути в том, что диспетчер прерываний обслуживает не только модули подсистемы ввода-вывода, но и другие модули ОС, в частности такой важный модуль, как планировщик/диспетчер потоков. Но из-за того, что планирование работ подсистемы ввода-вывода составляет основную долю нагрузки диспетчера прерываний, его вполне логично рассматривать как ее составную часть (к тому же первопричиной появления в компьютерах системы прерываний были в свое время именно операции с устройствами ввода-вывода «П! принтер и диски, графический монитор и сетевой адаптер»).

Необходимость обеспечить программам возможность осуществлять обмен дан­ными с внешними устройствами и при этом не включать в каждую двоичную программу соответствующий двоичный код, осуществляющий собственно управ­ление устройствами ввода/вывода, привела разработчиков к созданию системно­го программного обеспечения и, в частности, самих операционных систем. Про­граммирование задач управления вводом/выводом является наиболее сложным и трудоемким, требующим очень высокой квалификации. По этой причине код, позво­ляющий осуществлять операции ввода/вывода, стали оформлять в виде систем­ных библиотечных процедур; потом его стали включать не в системы програм­мирования, а в операционную систему с тем, чтобы в каждую отдельно взятую программу его не вставлять, а только позволить обращаться к такому коду. Сис­темы программирования стали генерировать обращения к этому системному коду ввода/вывода и осуществлять только подготовку к собственно операциям вво­да/вывода, то есть автоматизировать преобразование данных к соответствую­щему формату, понятному устройствам, избавляя прикладных программистов от этой сложной и трудоемкой работы. Другими словами, системы программиро­вания вставляют в машинный код необходимые библиотечные подпрограммы ввода/вывода и обращения к тем системным программным модулям, которые, собственно, и управляют операциями обмена между оперативной памятью и внеш­ними устройствами. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, управление вводом/выводом — это одна из базовых функций любой ОС.

oplib.ru