Файл: 401-455.pdf

Методы управления вводом/выводом  4 0 1

манду В/ВЫВ, а затем продолжает делать другую полезную работу. Когда ВУ го-
тово к обмену данными, оно через МВБ извещает об этом процессор с помощью
запроса на прерывание. ЦП осуществляет передачу очередного элемента данных,
после чего возобновляет выполнение прерванной программы.

Обсудим процесс ввода блока данных с использованием В/БЫВ по прерыва-

ниям (рис. 8,7)." Оставим без внимания такие подробности, как сохранение и вос-
становления контекста, действия, выполняемые при завершении пересылки бло-
ка данных, а также в случае возникновения ошибок.

Процедура ввода блока данных по прерываниям реализуется следующим обра-

зом. ЦП выдает команду чтения, а затем продолжает выполнение других заданий,
например другой программы. Получив команду, МВБ приступает к вводу элемен-
та данных с ВУ. Когда считанное слово оказывается в регистре данных модуля,
МВВ формирует на управляющей линии сигнал прерывания ЦП. Выставив зап-

рос, МВБ помещает введенную информацию на шину данных, после чего он готов

к следующей операции В/ВЫВ. ЦП в конце каждого цикла команды проверяет

наличие запросов прерывания. Когда от МВВ приходит такой сигнал, ЦП сохра-
няет контекст текущей программы и обрабатывает прерывание. В рассматривае-
мом случае ЦП читает слово из модуля, записывает его в память и выдает модулю
команду на считывание очередного слова. Далее ЦП восстанавливает контекст
прерванной программы и возобновляет ее выполнение.

Рис. 8.7. Ввод данных по прерыванию

Этот метод эффективнее программно управляемого В/ВЫВ, поскольку устра-

няет ненужные ожидания, однако обработка прерывания занимает достаточно
много времени ЦП. Кроме того, каждое слово, пересылаемое из памяти в модуль
В/ВЫВ или в противоположном направлении, как и при программно управляе-

мом В/ВЫВ, проходит через ЦП.

4 0 2 Глава 8. Системы ввода/вывода

Реализация ввода/вывода по прерываниям

При .реализации ввода/вывода по прерываниям необходимо дать ответы на два

вопроса. Во-первых, определить, каким образом ЦП может выяснить, какой из МВБ
и какое из подключенных к этому модулю внешних устройств выставили запрос.

Во-вторых, при множественных прерываниях требуется решить, какое из них дол-

жно быть обслужено в первую очередь.

Сначала рассмотрим вопрос идентификации устройства. Здесь возможны три

основных метода:

-

 множественные линии прерывания;

- программная идентификация;

- векторное прерывание.

Наиболее простой подход к решению проблемы определения источника запро-

са — применение

 множественных линий прерывания

 между ЦП и модулями вво-

да/вывода, хотя выделение слишком большого количества управляющих линий
для этих целей нерационально. Более того, даже если присутствует несколько ли-

ний прерывания, желательно, чтобы каждая линия использовалась всеми МВБ,
при этом для каждой линии действует один из двух остальных методов идентифи-
кации устройства.

При

 программной идентификации,

 обнаружив запрос прерывания, ЦП перехо-

дит к общей программе обработки прерывания, задачей которой является опрос

всех МВБ с целью определения источника запроса. Для этого может быть выделе-

на специальная командная линия опроса. ЦП помещает на адресную шину адрес
опрашиваемого МВБ и формирует на этой линии сигнал опроса. Реакция модуля
зависит от того, выставлял он запрос или нет. Возможен и иной вариант, когда
каждый МВБ включает в себя адресуемый регистр состояния. Тогда ЦП считыва-
ет содержимое PC каждого модуля, после чего выясняет источник прерывания.

Когда источник прерывания установлен, ЦП переходит к программе обработки
прерывания, соответствующей этому источнику. Недостаток метода программной
идентификации заключается в больших временных потерях.

Наиболее эффективную процедуру идентификации источника прерывания

обеспечивают аппаратурные методы, в основе которых лежит идея

 векторного пре-

рывания.

 В этом случае, получив подтверждение прерывания от процессора, выс-

тавившее запрос устройство выдает на шину данных специальное слово, называе-

мое

 вектором прерывания.

 Слово содержит либо адрес МВБ, либо какой-нибудь

другой уникальный идентификатор, который ЦП интерпретирует как указатель

на соответствующую программу обработки прерывания. Такой подход устраняет
необходимость в предварительных действиях с целью определения источника за-
проса прерывания. Реализуется он с помощью хранящейся в ОП

 таблицы векто-

ров прерывания

 (рис. 8.8), где содержатся адреса программ обработки прерываний.

Входом в таблицу служит вектор прерывания. Начальный адрес таблицы (база)

обычно задается неявно, то есть под таблицу отводится вполне определенная об-

ласть памяти.

Наиболее распространены два варианта векторной идентификации источника

запроса прерывания: цепочечный опрос и арбитраж шины.

Методы управления вводом/выводом  4 0 3

Рис. 8.8. Идентификация запроса с помощью вектора прерывания

При

 цепочечном методе

 для передачи запроса прерывания модули ввода/выво-

да совместно используют одну общую линию. Линия подтверждения прерывания

последовательно проходит через все МВБ. Когда ЦП обнаруживает запрос преры-
вания, он посылает сигнал по линии подтверждения прерывания. Этот сигнал двих

жется через цепочку модулей, пока не достигнет того, который выставил запрос.

Запросивший модуль реагирует путем выдачи на шину данных своего вектора пре-

рывания.

В варианте

 арбитража шины

 МВВ, прежде чем выставить запрос на линии за-

проса прерывания, должен получить право на управление шиной. Таким образом,
в каждый момент времени активизировать линию запроса прерывания может толь-
ко один из модулей. Когда ЦП обнаруживает прерывание, он отвечает по линии
подтверждения. После этого запросивший модуль помешает на шину данных свой
вектор прерывания.

Перечисленные методы служат не только для идентификации запросившего

МВВ, но и для назначения приоритетор, когда прерывание запрашивают несколь-

ко устройств. При множественных линиях запроса ЦП начинает с линии, имею-
щей наивысший приоритет. В варианте программной идентификации приоритет
модулей определяется очередностью их проверки. Для цепочечного метода прио-
ритет модулей определяется порядком их следования в цепочке. Порядок задания
приоритетов при арбитраже был рассмотрен ранее в главе 4.

Прямой доступ к памяти

Хотя ввод/вывод по прерываниям эффективнее программно управляемого, оба
этих метода страдают двумя недостатками:

-

 темп передачи при вводе/выводе ограничен скоростью, с которой ЦП в состоя--

нии опросить и обслужить устройство;

4 0 4 Глава 8. Системы ввода/вывода

* ЦП вовлечен в управление передачей, для каждой пересылки он должен вы-

полнить определенное количество команд.
Когда пересылаются большие объемы данных, требуется более эффективный

способ ввода/вывода —

 прямой доступ к памяти

 (ПДП). ПДП предполагает на-

личие на системной шине дополнительного модуля —

 контроллера прямого дос-

тупа к памяти

 (КПДП), способного брать на себя функции ЦП по управлению

системной шиной и обеспечивать прямую пересылку информации между ОП и ВУ,
без участия центрального процессора. В сущности, КПДП — это и есть модуль вво-

да/вывода, реализующий режим прямого доступа к памяти.

Если ЦП желает прочитать или записать блок данных, он прежде всего должен

поместить в КПДП (рис. 8.9) информацию, характеризующую предстоящее дей-
ствие. Этот процесс называется инициализацией КПДП и включает в себя занесе-
ние в контроллер следующих четырех параметров:

- вида запроса (чтение или запись);

- адреса устройства ввода/вывода;

-

 адреса начальной ячейки блока памяти, откуда будет извлекаться или куда бу-

дет вводиться информация;

-

 количества слов, подлежащих чтению или записи.

Рис. 8.9. Организация прямого доступа к памяти

Методы управления вводом/выводом  4 0 5

Первый параметр определяет направление пересылки данных: из ОП в ВУ или

наоборот. За исходную точку обычно принимается память, поэтому под чтением
понимают считывание данных из ОП и выдачу их на устройство вывода, а под

записью — прием данных из устройства ввода и запись в ОП. Вид запроса запоми-
нается в схеме логики управления контроллера.

К КПДП обычно могут быть подключены несколько ВУ, а адрес УВВ конкре-

тизирует, какое из них должно участвовать в предстоящем обмене данными. Этот
адрес запоминается в логике управления КПДП.

Третий параметр — адрес начальной ячейки — хранится в регистре адреса (РА)

контроллера. После передачи каждого слова содержимое РА автоматически уве-
личивается на единицу, то есть в нем формируется адрес следующей ячейки ОП.

Размер блока в словах заносится в счетчик данных (СД) контроллера. После

передачи каждого слова содержимое СД автоматически уменьшается на единицу.
Нулевое состояние СД свидетельствует о том, что пересылка блока данных завер-
шена.

После инициализации процесс пересылки информации может быть начат в лю-

бой момент. Инициаторами обмена вправе выступать как ЦП, так и ВУ. Устрой-
ство, желающее начать В/ВЫВ, извещает об этом контроллер подачей соответ-
ствующего сигнала. Получив такой сигнал, КПДП выдает в ЦП сигнал «Запрос

ПДПк В ответ ЦП освобождает шины адреса и.данных, а также те линии шины

управления, по которым передаются сигналы, управляющие операциями на шине
адреса (ША) и шине данных (ШД). К таким, прежде всего, относятся линии ЧтЗУ,
ЗпЗУ, Выв, Вв и линия выдачи адреса на ША. Далее ЦП отвечает контроллеру сиг-
налом «Подтверждение ПДП», который для последнего означает, что ему делеги-
рованы права на управление системной шиной и можно приступать к пересылке

данных.

Процесс пересылки каждого слова блока состоит из двух этапов.
При выполнении операции чтения (ОП -> ВУ) на первом этапе КПДП выстав-

ляет на шину адреса содержимое РА (адрес текущей ячейки ОП) и формирует
сигнал ЧтЗУ. Считанное из ячейки ОП слово помещается на шину данных. На вто-

ром этапе КПДП выставляет на Ш А адрес устройства вывода и формирует сигнал
Выв, который обеспечивает передачу слова с шины данных в ВУ.

При выполнении операции записи (ВУ —»ОП) КПДП сначала выдает на шину

данных адрес устройства ввода и формирует сигнал Вв, по которому введенные
данные поступают на шину данных. На втором этапе КПДП помещает на ША ад-

рес ячейки ОП, куда должны быть занесены данные, и выдает сигнал ЗпЗУ. Этим
сигналом информация с ШД записывается в ячейку ОП.

Как при чтении, так и при записи происходит буферизация пересылаемого сло-

ва в регистре данных (РД) контроллера. Это необходимо для компенсации разли-
чий в скорости работы ОП и ВУ, в силу чего сигналы Выв и Вв формируются кон-

троллером лишь при получении от ВУ подтверждения о готовности. Буферизация
сводится к тому, что после первого этапа слово с ШД заносится в РД, а перед вто-

рым — возвращается,из РД на шину данных.

После пересылки каждого слова логика управления прибавляет единицу к со-

держимому РА (формирует адрес следующей ячейки ОП) и уменьшает на едини-

цу содержимое СД (ведет подсчет переданных слов).