Полная версия

Главная arrow Информатика

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Модуль ввода-вывода

Вычислительные машины, помимо процессоров и основной памяти (образующих ее ядро), содержат многочисленные ПФУ: ВЗУ и УВВ.

Передача информации с периферийного устройства в ЭВМ называется операцией ввода, а передача из ЭВМ в ПФУ - операцией вывода.

Производительность и эффективность ЭВМ определяются не только возможностями ее процессора и характеристиками ОП, но и составом ПФУ, их техническими данными и способами организации их совместной работы с ЭВМ. При разработке систем ввода-вывода ЭВМ особое внимание обращается на решение следующих проблем (табл. 8.1).

Таблица 8.1

1.

Необходим различный набор ПФУ

Должна быть обеспечена возможность реализации машин с переменным составом оборудования (машин с переменной конфигурацией), в первую очередь с различным набором ПФУ, с тем, чтобы пользователь мог выбирать состав оборудования (конфигурацию) машины в соответствии с ее назначением, и дополнять машину новыми устройствами

2.

Одновременная работа процессора над программой и работа ПФУ

Для эффективного и высокопроизводительного использования оборудования в ЭВМ

3.

Унификация операции

ввода-вывода

для различных ПФУ

Для упрощения пользования и стандартизации программирования операций ввода-вывода, обеспечения независимости программирования ввода-вывода от особенностей того или иного периферийного устройства

4.

Локализация и устранение отказов и сбоев в ПФУ

Для обеспечения автоматического распознавания и реакции ядра ЭВМ на многообразие ситуаций, возникающих в ПФУ (готовность устройства, отсутствие носителя, различные нарушения нормальной работы и др.)

Первый шаг в совершенствовании структуры ЭВМ с целью повышения производительности был сделан при разработке ЭВМ второго поколения, когда впервые была обеспечена автономность внешних устройств. Сначала она была необходима для согласования скорости работы устройств ЭВМ (рис. 8.2). Исторический аспект появления и развития ПФУ

Рис. 8.2 Исторический аспект появления и развития ПФУ

Но автономность потребовала проведения проверок исправности устройств при каждом обращении к ним. Появилась определенная технология обращения к автономным внешним устройствам - интерфейс.

Когда эту технологию унифицировали, появилось понятие стандартного интерфейса.

Комплекс линий и шин, сигналов, электронных схем, алгоритмов и программ, предназначенный для осуществления обмена информацией, называется интерфейсом.

В зависимости от типа соединяемых устройств различаются:

  • - внутренний интерфейс ЭВМ (например, интерфейс системной шины, НМД), предназначенный для сопряжения элементов внутри системного блока ПЭВМ;
  • - интерфейс ввода-вывода - для сопряжения различных устройств с системным блоком (клавиатурой, принтером, сканером, мышью, дисплеем и др.);
  • - интерфейсы межмашинного обмена (для обмена между разными машинами) предназначены для сопряжения различных ЭВМ (например, при образовании вычислительных сетей);
  • - интерфейсы «человек-машина» - для обмена информацией между человеком и ЭВМ.

Стандартизация интерфейсов ввода-вывода привела к возможности гибко изменять конфигурацию вычислительных машин (количество и состав внешних устройств, расширять комплект ЭВМ за счет подключения новых устройств). Затем появилась концепция виртуальных устройств, позволяющая совмещать различные типы ЭВМ, операционные системы. Совместимость распространилась и на работу машин разной конфигурации (можно использовать соответствующее программное обеспечение и при физическом отсутствии необходимых устройств). При этом изменилась технология работы - при отсутствии печатающих устройств файлы направлялись в виртуальное устройство, где накапливались, а реально распечатывались на другой машине.

Дальнейшее совершенствование интерфейсов потребовалось при решении специфических задач: новые внешние устройства (сканеры) позволяли вводить текст в графическом виде, а обрабатывать его необходимо было в символьном виде. Поэтому возникла необходимость в системах распознавания, идентификации, преобразования из графического формата в символьный. При анализе снимков из космоса появилась необходимость автоматической классификации наблюдаемых объектов, самообучения распознающей программы, анализа сцен. Это все стимулировало развитие специального математического аппарата в интерфейсах.

Необходимость вывода информации различными шрифтами привела к изменению технологии вывода, связанной с применением TrueType- шрифтов, масштабированием матричных и векторных изображений, преобразованием векторных символов в матричные.

Во внешние устройства стали встраивать свою основную память, объем которой должен обеспечивать вывод целой страницы (например, текста).

Необходимость пересчета при преобразовании векторных шрифтов в матричные привела к необходимости включить в состав устройств отображения информации специальные графические процессоры матричной архитектуры, качестве которых часто используются транспьютеры.

При создании автоматизированных рабочих мест появилась необходимость подключения к ЭВМ аудиовизуальной аппаратуры - телекамер, видеомагнитофонов, фотокамер, аудиоустройств. На этой основе образовался специальный аппаратурный комплекс, называемый анимационной линейкой.

Из-за технической несовместимости потребовались программные и аппаратурные преобразователи сигналов, специальные средства сопряжения.

При разработке пятого поколения ЭВМ была заложена интеллектуализация общения: речевой ввод и вывод; графический ввод; ввод текстовой информации без клавиатуры; естественно-языковое общение; общение на разных естественных языках.

Все это и явилось основой для совершенствования систем, обеспечивающих связь ЭВМ с периферийными устройствами.

Организация взаимодействия ЭВМ с ПФУ организуется через модуль ввода-вывода (МВВ) (рис. 8.3).

Схема организации взаимодействия ЭВМ с ПФУ

Рис. 8.3 Схема организации взаимодействия ЭВМ с ПФУ

Применение МВВ в ЭВМ оправдано следующими причинами:

  • 1. Существует широкая номенклатура ПФУ с различными методами выполнения операций (это позволяет разгрузить процессор от выполнения этих операций).
  • 2. Скорость обмена данными с ПФУ и от них значительно ниже пропускной способности системной магистрали (в связи с чем нерационально загружать системную магистраль (СМ) для непосредственного обмена данными с ПФУ).
  • 3. ПФУ могут иметь формат представления информации, отличный от той ЭВМ, к которой это ПФУ подключен.

Основные функции МВВ:

  • 1. Взаимодействие с процессором и основной памятью через СМ или другой центральный распределитель информации.
  • 2. Взаимодействие с одним или несколькими внешними устройствами через специализированные линии передачи данных.

Перечисленные основные функции реализуют ряд процедур по:

  • - управлению и синхронизации;
  • - связи с процессором;
  • - связи с ПФУ;
  • - временной буферизации данных;
  • - обнаружению ошибок и сбоев.

Обобщенная структурная схема взаимодействия МВВ и ПФУ показана на рисунке 8.4. Типы ПФУ показаны на рисунке 8.5. Пример процесса передачи данных от ПФУ в процессор представлен на рисунке 8.6.

Обобщенная структурная схема взаимодействия МВВ и ПФУ

Рис. 8.4 Обобщенная структурная схема взаимодействия МВВ и ПФУ

Типы ПФУ

Рис. 8.5 Типы ПФУ

Пример процесса передачи данных от ПФУ в процессор

Рис. 8.6 Пример процесса передачи данных от ПФУ в процессор

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>