Управление и синхронизация

Функция управления и синхронизации заключается в том, что МВВ должен коор­динировать перемещение данных между внутренними ресурсами ВМ и внешними устройствами. При разработке системы управления и синхронизации модуля вво­да/вывода необходимо учитывать целый ряд факторов.

Прежде всего, нужно принимать во внимание, что ЦП может взаимодейство­вать одновременно с несколькими ВУ, причем быстродействие подключаемых к МВВ внешних устройств варьируется в очень широких пределах — от несколь­ких байтов в секунду в терминалах до десятков миллионов байтов в секунду при обмене с магнитными дисками. Если в системе используются шины, каждое взаи­модействие между ЦП и МВВ включает в себя одну или несколько процедур ар­битража.

В отличие от обмена с памятью процессы ввода/вывода и работа ЦП протека­ют не синхронно. Очередная порция информация может быть выдана на устрой­ство вывода лишь тогда, когда это устройство готово их принять. Аналогично, ввод от устройства ввода допустим только в случае доступности информации на уст­ройстве ввода. Несинхронный характер процессов ввода/вывода предполагает об­мен сигналами, аналогичный процедуре «рукопожатия» (handshake), описанной в главе 4. Для двухпроводной системы синхронизации эта процедура состоит из четырех шагов, которые применительно к операции вывода можно описать следу­ющим образом:

1. Центральный процессор с помощью сигнала ДД = 1 (данные достоверны) изве­щает о доступности данных, подлежащих выводу.

2. Приняв данные, устройство вывода сообщает процессору об их получении сиг­налом ДП = 1 (данные приняты).

3. Получив подтверждение, ЦП обнуляет сигнал ДД и снимает данные с шины, после чего может выставить на шину новые данные.

4. Обнаружив, что ДД = 0, устройство вывода, в свою очередь, устанавливает в ну­левое состояние сигнал ДП, после чего оно готово для обработки принятых дан­ных все время до получения очередного сигнала ДД = 1.

Описанную процедуру иллюстрирует рис. 8.4 (в скобках указаны номера ша­гов).

Рис. 8.4. Временная диаграмма процедуры «рукопожатия»

 

Таким образом, модуль ввода/вывода обязан снабдить центральный процессор информацией о собственной готовности к обмену, а также готовности подключенных к модулю ВУ. Помимо этого, процессор должен обладать оперативными сведениями и об иных происходящих в CBB событиях.

Обмен информацией

Основной функцией МВВ является обеспечение обмена информацией. Со сторо­ны «большого» интерфейса — это обмен с ЦП, а со стороны «малого» интерфей­са — обмен с ВУ. В таком плане требования к МВВ непосредственно проистекают из типовой последовательности операций, выполняемых процессором при вводе/выводе.

1. Выбор требуемого внешнего устройства.

2. Определение состояния МВБ и ВУ.

3. Выдача указания модулю ввода/вывода на подключение нужного ВУ к про­цессору.

4. Получение от МВБ подтверждения о подключении затребованного ВУ к про­цессору.

5. Распознавание сигнала готовности устройства к передаче очередной порции информации.

6. Прием (передача) порции информации.

7. Циклическое повторение двух предшествующих пунктов до завершения пере­дачи информации в полном объеме.

8. Логическое отсоединение ВУ от процессора.

С учетом описанной процедуры функция обмена информацией с ЦП включает в себя:

 дешифровку команды: МВБ получает команды из ЦП в виде сигналов на шине управления;

 пересылку данных между МВБ и ЦП по шине данных;

 извещение о состоянии: из-за того, что БУ — медленные устройства, важно знать состояние модуля ввода/вывода. Так, в момент получения запроса на пересыл­ку данных в центральный процессор МВВ может быть не готов выполнить эту пересылку, поскольку еще не завершил предыдущую команду. Этот факт дол­жен быть сообщен процессору с помощью соответствующего сигнала. Возмож­ны также сигналы, уведомляющие о возникших ошибках;

 распознавание адреса; МВВ обязан распознавать адрес каждого ВУ, которым он управляет.

Наряду с обеспечением обмена с процессором МВВ должен выполнять функ­цию обмена информацией с ВУ. Такой обмен также включает в себя передачу дан­ных, команд и информации о состоянии.

Буферизация

Важной задачей модуля ввода/вывода является буферизация данных, необходи­мость которой иллюстрирует табл. 8.1.

Таблица 8.1. Примеры устройств ввода/вывода, упорядоченные по режиму работы, субъекту и скорости передачи данных

 

Устройство	Режим работы	Партнер	Скорость передачи данных, Кбайт/с
Клавиатура	Ввод	Человек	0,01
Мышь	Ввод	Человек	0,02
Сканер	Ввод	Человек
Строчный принтер	Вывод	Человек
Лазерный принтер	Вывод	Человек
Графический дисплей	Вывод	Человек
Локальная сеть	Ввод/вывод	ВМ
Гибкий диск	Память	ВМ
Оптический диск	Память	ВМ
Магнитный диск	Память	ВМ

 

Несмотря на различия в скорости обмена информацией для разных ВУ, все они в этом плане значительно отстают от ЦП и памяти. Такое различие компенсирует­ся за счет буферизации. При выводе информации на ВУ данные пересылаются из основной памяти в МВБ с большой скоростью. В модуле эти данные буферизируются и затем направляются в ВУ со скоростью, свойственной последнему. При вводе из ВУ данные буферизируются так, чтобы не заставлять память работать в режиме медленной передачи. Таким образом, МВБ должен обладать способнос­тью работать как со скоростью памяти, так и со скоростью ПУ.

Обнаружение ошибок

Еще одной из важнейших функций МВБ является обнаружение ошибок, возника­ющих в процессе ввода/вывода. Центральный процессор следует оповещать о каж­дом случае обнаружения ошибки. Причинами возникновения последних бывают самые разнообразные факторы, которые в первом приближении можно свести к следующим группам:

• воздействие внешней среды;
• старение элементной базы;
• системное программное обеспечение;
• пользовательское программное обеспечение.

Из наиболее «активных» факторов окружения ВМ следует выделить:

• загрязнение и влагу;
• повышенную или пониженную температуру окружающей среды;
• электромагнитное облучение;
• скачки напряжения питания.

Степень влияния каждого из этих факторов зависит от типа и конструкции МВБ и ВУ. Так, к загрязнению наиболее чувствительны оптические и механические элементы ВУ, в то время как работа электронных компонентов СВВ в большей степени зависит от температуры внешней среды, электромагнитного воздействия и стабильности питающего напряжения.

Фактор старения характерен как для механических, так и для электронных эле­ментов СВВ. В механических элементах он выражается в виде износа, следствием чего может быть неточное позиционирование головок считывания/записи на внеш­них запоминающих устройствах или неправильная подача бумаги в принтерах. Старение электронных элементов обычно выражается в изменении электричес­ких параметров схем, приводящем к нарушению управления и синхронизации. Так, отклонения в параметрах электронных компонентов в состоянии вызвать недопу­стимый «перекос» сигналов, передаваемых между ЦП и МВВ или внутри МВВ.

Источником ошибок может стать и несовершенство системного программного обеспечения (ПО):

• непредвиденные последовательности команд или кодовые комбинации;
• некорректное распределение памяти;
• недостаточный размер буфера ввода/вывода;
• недостаточно продуманные и оттестированные комбинации системных модулей.

Среди ошибок, порождаемых пользовательским ПО, наиболее частыми явля­ются:

• нарушение последовательности выполнения программы;
• некорректные процедуры.

Вероятность возникновения ошибки внутри процессора для современных ЦП оценивается величиной порядка 10^-18, в то время как для остальных составляющих ВМ она лежит в диапазоне 10^-8 – 10^-12.

⇐ Предыдущая9101112131415161718Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: