1.2.4. Організація зв'язків між функціональними вузлами комп'ютера

Для забезпечення роботи комп'ютера його функціональні вузли повинні бути від­повідним чином з'єднані. Обмін інформацією між вузлами комп'ютера проводиться по шинах, до складу яких входять п ліній, де п - розрядність інформаційного слова. Є три головних типи шин: шина даних, шина керування (або шина команд) та шина адрес, які використовуються відповідно для пересилання даних, команд та їх адрес.

Три найуживаніших структури комп'ютера, які відрізняються організацією зв'язку між його функціональними вузлами, розглянуто нижче.

В двошинній структурі комп'ютера з обміном через процесор (рис. 1.6) введення ін­формації з пристрою введення до основної пам'яті, та виведення інформації з основної пам'яті до пристрою виведення здійснюється через процесор.

27

Недоліком цієї структури є те, що процесор витрачає свій час на виконання операцій введення та виведення інформації, безпосередньо працюючи з пристроями введення-виведення, які в більшості випадків є значно повільнішими порівняно з ним, що знижує ефективність роботи комп'ютера.

В двошинній структурі комп'ютера з обміном через пам'ять (рис. 1.7) процесор звіль­нений від організації операцій введення-виведення інформації.

Оскільки основна пам'ять не має засобів керування, для організації введення-виве­дення тут використовується спеціальний процесор введення-виведення (часто його на­зивають каналом або периферійним процесором), який отримує завдання на виконання операцій введення-виведення від процесора (в цьому випадку останній називають цен­тральним процесором), та керує взаємодією пам'яті та пристроїв введення-виведення. Дана структура була використана при побудові багатьох комп'ютерів, зокрема комп'ю­терів серій ІВМ/360 та ІВМ/370 фірми IBM.

В одношинній структурі комп'ютера (рис. 1.8) всі його функціональні вузли з'єднані через одну спільну шину. Шина розподіляється між ними в часі, тому одночасно посила­ти дані на шину може тільки один вузол.

Для узгодження швидкодії повільних і швидких вузлів комп'ютера в одношинній структурі на виході кожного повільного вузла (в даному випадку пристрої введення та ви­ведення) використовують буферну пам'ять, яка дозволяє швидкий обмін блоками даних.

Кожний пристрій введення та виведення складається з двох частин - контролера та самого пристрою, наприклад, накопичувача на диску. Контролер є спеціалізованим комп'ютером, який керує своїм пристроєм та його доступом до спільної шини.

Для керування розподілом шини між підключеними до неї пристроями використо­вується арбітр шини. При одночасному поступленні кількох запитів арбітр шини вирі-

28

шує, чия черга є першою, і підключає до шини відповідний пристрій. Зазвичай перевага віддасться пристроям введення-виведення, оскільки роботу дисків та інших пристроїв з рухомою механікою не можна переривати, щоб не втратити інформації.

Наявність спільної шини суттєво спрощує реалізацію комп'ютера та дозволяє легко замінювати його склад. Тому така структура отримала широке розповсюдження. Вона була покладена в основу зокрема комп'ютерів PDP-8 та PDP-11 фірми Digital Equipment Corporation, CM-4 Київського заводу управляючих машин, та знайшла широке застосу­вання в мікропроцесорних системах.

Для забезпечення одночасного обміну інформацією між різними пристроями в су­часних комп'ютерах використовується багатошинна організація.