3.3. Система управління вводом/виводом

У кожному комп'ютері окрім ядра міститься велике число зовнішніх пристроїв, які призначені для зберігання величезних масивів даних (пристрої зовнішньої пам'яті). Пристрої вводу/виводу відображують інформацію. В процесі роботи ЕОМ відбувається безперервний обмін між ядром і зовнішніми пристроями. Для того, щоб оптимізувати процес обміну інформацією використовується система управління вводом/виводом (СУВВ).

Завдання такої системи:

1. Можливе забезпечення моделі ЕОМ, коли число і номенклатура зовнішніх пристроїв визначається користувачем, причому підключення вибраних пристроїв виконується без додаткових зусиль;

2. Забезпечення можливого нарощування зовнішніх пристроїв. Для того, щоб просто вирішити ці 2 завдання, в кожній ЕОМ має бути використаний стандартний інтерфейс зовнішніх пристроїв з ЕОМ. Інтерфейс - сукупність фізичних ліній зв'язку (дротів), електричних сигналів і електричних схем, які виробляють ці сигнали. Принцип роботи кожного інтерфейсу побудований так, що електричний сигнал, який виробляється в процесі короткочасних сеансів зв'язку, доступний всім зовнішнім пристроям, які підключені до системи вводу/виводу, але реагує на ці сигнали лише один - той, який пізнав свою адресу.

3. Узгодження форматів даних, які поступають із зовнішніх пристроїв з тими форматами, які використовуються в процесорі. До складу команд процесора може входити обмежене число команд вводу/виводу, не дивлячись на те, що по своїй побудові зовнішні пристрої дуже сильно відрізняються один від одного. Бажано не перенавантажувати процесор обслуговуванням великого числа зовнішніх пристроїв. Для вирішення всіх трьох завдань застосовується СУВВ. Залежно від типу ЕОМ структура СУВВ змінюватиметься. У великих ЕОМ завдання вирішується за допомогою спеціальних пристроїв, які називаються каналами. У малих і мікро ЕОМ, в яких використовується єдиний інтерфейс, каналів немає, а СУВВ розбивається на контролери. Наприклад, контролер прямого доступу до пам'яті. Взаємодія операційних систем ЕОМ з СУВВ здійснюється через спеціальні програмні засоби, які називаються драйверами пристроїв вводу/виводу.

У комп’ютерах, що мають класичну структуру, обмін інформацією між центральним ядром і зовнішніми пристроями здійснюється через спеціальне устаткування - канали.

Канал працює паралельно з ЦП. Щоб ініціювати канал по обслуговуванню конкретних ВнП - у складі команд ЦП є невелике число команд вводу/виводу (у IBM 360 - лише 4: почати ввід/вивід, закінчити ввід/вивід, опитати канал, опитати пристрій вводу/виводу).

Після ініціації канал переходить до виконання власної - канальної - програми. Така канальна програма складається з окремих команд каналу. УСК – управляюче слово каналу, КСК - командне слово каналу. В процесі виконання канальної програми також можуть відбуватися переривання цих програм. Якщо при перериванні основної програми, що реалізовується в процесорі, формується ССП (слово стану процесора), то при перериванні канальної програми формується ССК (слово стану каналу). При реалізації канальної програми процесор продовжує паралельно виконувати свою основну програму. Залежно від типа обслуговуваних ВнП розрізняють мультіплексорні та селекторні канали (СК). Перші обслуговують ВнП з малою і середньою швидкодією, а другі - з великою.

СК працюють в монопольному режимі і обслуговують лише один пристрій. МК обслуговують паралельно групу ВнП (для кожного виділяються короткочасні сеанси зв'язку, що чергується та що циклічно повторюються,). Залежно від типу організації зв'язку з ОП, розрізняють канали з прямим і непрямим доступом до пам'яті (рис. 3.9).

Рис. 3.9 - Канали з прямим і непрямим доступом до пам'яті

Затримка в обслуговуванні каналів дорівнює тривалості одного циклу звернення до пам'яті. Залежно від реалізації розрізняють автономні і вбудовані канали. У другому випадку економиться устаткування, але втрачається швидкодія.