Назначение подсистемы ввода-вывода в ЭВМ
Третьим обязательным компонентом любой компьютерной системы, помимо процессора и модулей памяти, является подсистема ввода-вывода, состоящая из одного или нескольких модулей ввода-вывода. Каждый модуль ввода-вывода взаимодействует через системную магистраль или какой-либо центральный распределитель информации с остальными базовыми компонентами системы и управляет работой одного или нескольких внешних (периферийных) устройств. Модуль ввода-вывода представляет собой не просто набор разъемов, через которые сигналы от внешних устройств подключаются к системной магистрали, а включает довольно сложную схему управления функциями обмена информацией между устройством и магистралью.
Внешнее устройство невозможно подключить напрямую к системной магистрали по следующим причинам.
• На сегодняшний день номенклатура внешних устройств очень широка, причем в устройствах разных типов и разного назначения используются совершенно различные методы выполнения операций. Поэтому нецелесообразно нагружать процессор абсолютно несвойственными ему функциями управления широкой номенклатурой разнородных устройств.
• Скорость обмена данными с внешним устройством (в ту или иную сторону) значительно ниже пропускной способности процессора и оперативной памяти. Следовательно, загружать высокоскоростную системную магистраль медленным процессом непосредственного обмена данными с внешним устройством нерационально,
• Внешние устройства могут иметь формат представления информации, совершенно отличный от того компьютера, к которому это устройство подключено.
Система ввода-вывода обеспечивает взаимодействие (обмен информации) между ядром (т.е. элементы, которые непосредственно осуществляют вычислительную работу: процессор и память) и внешними устройствами.
На специализированные модули ввода-вывода, независимо от того, какими внешними устройствами они будут управлять, возлагается выполнение двух основных функций:
• взаимодействие с процессором и оперативной памятью через системную магистраль или какой-либо другой центральный распределитель информации;
• взаимодействие с одним или несколькими внешними устройствами через специализированные линии передачи данных.
Обмен информацией между вычислительной системой и внешним миром производится через множество специализированных устройств, которые принято называть внешними или периферийными. Такое устройство подсоединяется к вычислительной системе (а точнее к модулю ввода-вывода системы) с помощью специализированных линий, по которым циркулируют управляющие сигналы, информация о текущем состоянии устройства и данные.
Не вдаваясь в подробности работы отдельных конструкций внешних устройств, все их можно разделить на три большие группы:
• предназначенные для непосредственной работы с человеком;
• предназначенные для работы с каким-либо оборудованием;
• коммуникационные, предназначенные для связи с удаленными абонентами.
Примером внешних устройств, предназначенных для непосредственной работы с человеком, являются дисплейные терминалы и принтеры. Номенклатура устройств второй группы чрезвычайно широка. В нее входят устройства внешней (массовой) памяти, различные датчики и исполнительные механизмы компьютеризированных систем управления. Коммуникационные устройства позволяют компьютерной системе обмениваться данными с удаленными абонентами, которые, в свою очередь, могут представлять собой как устройства, непосредственно работающие с пользователями (удаленные дисплейные терминалы), так и устройства, работающие с оборудованием, или даже другие компьютеры.
Функции, возлагаемые на модули ввода-вывода, можно разделить на следующие категории:
• управление и синхронизация;
• связь с процессором;
• связь с внешним устройством;
• временная буферизация данных;
• обнаружение ошибок и сбоев.