9.1. Решение фирмы Сompaq

Разделение шины ЦП - память (что позволило повысить ее разрядность до 32) и шины ISA – это является решением фирмы Compaq.

Повысилась пропускная способность канала (CPU-RAM за счет применения внешней кэш - памяти для каждого процесса. Выборка команд из внешней кэш - памяти выполняется одновременно с передачей данных между ОЗУ и ВНУ в режиме прямого доступа к памяти (ПДП) в результате распараллеливания работы системы. Это условно симметричная многопроцессорная система, которая позволяет одинаково разделять задачи между процессорами. Асимметрия состоит в том, что аппаратные прерывания от ВНУ может воспринимать только один (первичный) процессор.

Развитием стало внедрение архитектуры Tri Flex, которая легла в основу Systempro/x2. Еще больше параллелизма и оптимизации проходимости каналов передачи между основными подсистемами компьютера. Выделены уже три отдельные высокоскоростные шины. Основной выигрыш производительности - за счет используемой 64 разрядной шины CPU.

Высокоэффективное кэш - ОЗУ (64 - разрядное.) минимизирует частоту обращения к основной памяти. Когда процессору понадобиться доступ к ней, в его распоряжении 128-разрядная шина (267 Мб/сек). Специальная схема контроллера (управление потоком данных) содержит 256 - разрядные многоступенчатые буферы, способные накапливать и самостоятельно осуществлять до 16 операций ввода/ввывода по шине EISA (рис.9.4).

Рис. 9.4. Архитектура FLEX/MP

Глава 10 управление периферийными устройствами

Одной из главных функций ОС является управление всеми устройствами ввода-вывода компьютера. ОС должна передавать устройствам команды, перехватывать прерывания и обрабатывать ошибки; она также должна обеспечивать интерфейс между устройствами и остальной частью системы. В целях развития интерфейс должен быть одинаковым для всех типов устройств (независимость от устройств).

Подсистема управления периферийными устройствами (УПУ) предназначена для выполнения следующих функций:

• передачи информации между ПУ и ОП, то есть ввод-вывод информации;

• слежения за состоянием периферийных устройств;

• обеспечения интерфейса между устройствами, а также подключения и отключения периферийных устройств и поддержки схемы распределения устройств;

• модификации конфигурации;

• обработки ошибок.

10.1. Физическая организация периферийных устройств

В общем случае ПУ называют средство ввода/вывода, способное осуществлять передачу информации между ЦП или ОП компьютера и внешними носителями информации. Многообразие внешних носителей и способов кодирования информации обусловили существование большого числа периферийных различных устройств, каждое из которых характеризуется:

• быстродействием;

• порцией обмена информации (1 бит, байт, слово, сектор, трек);

• системой кодирования;

• набором операций управления устройством.

Внешние устройства состоят из механической и электронной компонент и критической для скорости является механическая часть.

Постоянная забота об эффективном использовании ЦП, снижении его простоев во время выполнения операций ввода/вывода привели к росту автономии устройств ввода/вывода и появлению специализированных процессоров ввода/вывода, называемых каналами (chanel).

Канал ввода/вывода (КВВ) - это специализированный процессор, осуществляющий обмен данными между ОП и ПУ и работающий независимо от ЦП. В системах ввода/вывода с каналами ЦП лишь запускает операцию ввода/вывода и по окончании ввода/вывода через прерывания от канала уведомляется об окончании операции ввода/вывода.

КВВ решают проблему согласования быстродействия ЭВМ и устройств ввода/вывода. Канал может управлять одним устройством с высокой пропускной способностью (типа дисковода) или быть распределенным между несколькими устройствами с меньшей пропускной способностью (это, например, модемы). Обычно к каналу подключается совокупность быстродействующих или медленно действующих устройств, которыми канал управляет поочередно или одновременно.

По способам параллельного выполнения запросов ЦП на ввод-вывод каналы ввода/вывода подразделяются на три типа:

1.Байт-мультиплексные каналы, допускающие одновременный побайтовый обмен с несколькими медленными устройствами.

2. Селекторные каналы, допускающие поочередный, быстрый обмен с ПУ блоками ввода/вывода, каждый из которых имеет свой адрес.

3. Блок-мультиплексные каналы, допускающие одновременный блочный обмен данными с несколькими устройствами.

Как мы уже замечали, КВВ решает только проблему различия быстродействия ПУ и ЦП. Для решения же проблемы стандартного интерфейса ПУ с внутрисистемной шиной (магистралью) ЭВМ предназначено устройство управления (УУ) ПУ, называемое контроллером или адаптером устройства.

Контроллер ПУ - устройство управления, обеспечивающее стандартный интерфейс и подключение ПУ к системным магистралям ЭВМ. Если интерфейс между контроллером и устройством стандартизован, то независимые производители могут выпускать совместимые как контроллеры, так и устройства.

Контроллеры бывают как групповые, так и одиночные. Групповые контроллеры обеспечивают подключение группы однотипных устройств. Такие контроллеры обеспечивают в каждый момент времени передачу информации с одним устройством с одновременным выполнением других операций, не связанных с передачей данных, других устройств (например, перемотку магнитной ленты, перемещение головки НМД).

Разделение функций между контроллером и периферийным устройством зависит от типа ПУ: логические функции (соединение и синхронизация операций, передача сигналов об окончании операции или исключительных ситуациях) выполняются контроллером, а физические (передача данных) - периферийным устройством.

Операционная система обычно взаимодействует не с устройством, а с контроллером. Контроллер, как правило, выполняет простые функции, например, преобразует поток бит в блоки, состоящие из байт, и осуществляют контроль и исправление ошибок. Каждый контроллер имеет несколько регистров, которые используются для взаимодействия с центральным процессором. В некоторых компьютерах такие регистры являются частью физического адресного пространства, а специальные операции ввода-вывода отсутствуют. В других компьютерах адреса регистров ввода-вывода, называемых часто портами, образуют собственное адресное пространство за счет введения специальных операций ввода-вывода:

• регистр управления и состояния, через который ЭВМ задает команды ПУ и получает информацию о его состоянии и результатах выполнения команды;

• регистр данных, через который передается байт в коде ЭВМ.

ОС выполняет ввод-вывод, записывая команды в регистры контроллера. Например, контроллер гибкого диска IBM PC принимает 15 команд, таких, как READ, WRITE, SEEK, FORMAT и т.д. Когда команда принята, процессор оставляет контроллер и занимается другой работой. При завершении команды контроллер организует прерывание для того, чтобы передать управление процессору операционной системы, которая должна проверить результаты операции. Процессор получает результаты и статус устройства, читая информацию из регистров контроллера.

В настоящее время распространены три основные схемы организации ввода/вывода, соответствующие конфигурациям микро-, мини- и больших ЭВМ (рис. 10.1, 10.2, 10.3 соответственно).

Рис. 10.1. Схема организации ввода/вывода для персональных ЭВМ

В этой конфигурации шина разделяется между различными устройствами и выполняется побайтная передача информации между ЦП и памятью. Оперативная память подключается непосредственно на магистраль.

УПДП - устройство прямого доступа памяти (DMA-direct memory access) обеспечивает пересылку блоков данных независимо от ЦП и упрощает канал ввода/вывода.

На больших ЭВМ контроллер может быть связан с несколькими каналами ввода/вывода, а периферийное устройство - с несколькими контроллерами.

Контроллер также может иметь несколько адресов и путей доступа.

Адресация периферийных устройств на больших ЭВМ осуществляется составным адресом, включающим: номер канала, номер котроллера, номер устройства на контроллере:

0 0 F

№ канала №контр. № устройства.

В мини- и микро- ЭВМ для адресации устройств используются зарезервированные ячейки памяти.

Доступ к периферийным устройствам здесь осуществляется как обычный доступ к ячейкам ОП, что значительно упрощает программирование ввода/вывода.

Рис. 10.2. Схема организации ввода/ вывода для мини ЭВМ

Рис. 10.3. Схема организации ввода/вывода для многомашинного комплекса