Периферийное устройство

Запросы на прерывания могут возникать внутри самой ЭВМ и в ее внешней среде. К первым относятся, например, запросы при возникновении в ЭВМ таких событий, как появление ошибки в работе ее аппаратуры, переполнение разрядной сетки, попытка деления на 0, выход из установленной для данной программы области памяти, затребование периферийным устройством операции ввода-выво- рис да, завершение операции ввода- граммы вывода периферийным устройством или возникновение при этой операции особой ситуации и др. Хотя некоторые из указанных событий порождаются самой программой, моменты их появления, как правило, невозможно предусмотреть. Запросы во внешней среде могут возникать от других ЭВМ, от аварийных и некоторых других датчиков технологического процесса и т. п.

Имеются особенности в процедуре выполнения запросов прерываний ЗП8 (запросов прямого доступа к памяти). Их приоритет всегда выше приоритета процессора. Поэтому в ответ на запрос ЗПД (ЗП8) сигнал разрешения РПД посылается немедленно, даже если не завершено выполнение текущей команды ', и производится обмен данными между периферийным устройством и ОП без участия процессора.

Команды ввода-вывода инициируют в канале операцию обмена информацией между ядром ЭВМ (основной памятью) и периферийным устройством. Сама эта операция выполняется каналом под управлением его собственной программы (см. гл. 11). Поэтому на долю процессора остается только процедура опроса состояний канала и периферийного устройст-

программы, выполняющей указанные процедуры ( 10.5). Код N может не только формироваться аппаратурой, как это было описано выше, но и передаваться источником прерывания, например периферийным устройством, по шине данных интерфейса вместе с запросом прерывания (см. гл. 11).

Программно-управляемая передача данных ( 11.1, а) осуществляется при непосредственном участии и под управлением процессора, который при этом выполняет специальную подпрограмму ввода-вывода. Данные между памятью и периферийным устройством пересылаются через процессор. Операция ввода-вывода инициируется текущей командой программы или запросом прерывания от периферийного устройства.

Прямой доступ к памяти освобождает процессор или микропроцессор от управления операциями ввода-вывода, позволяет осуществлять параллельно во времени выполнение процессором (микропроцессором) программы с обменом данными между периферийным устройством и ОП, производить этот обмен со скоростью, ограничиваемой только пропускной способностью ОП или ПУ. Таким образом, ПДП, разгружая процессор (микропроцессор) от обслуживания операций ввода-вывода, способствует возрастанию общей производительности ЭВМ или микроЭВМ. Повышение предельной скорости ввода-вывода информации делает машину более приспособленной для работы в системах "реального времени. Прямым доступом к памяти управляет ко«-, троллер ПДП, который выполняет следующие функции:

максимально допустимое время ожидания тпу периферийным устройством обслуживания со стороны ядра ЭВМ (приема информации в ОП и т. п.). Можно считать вПу«Гпу и Tny«7Y[y.

Рассмотрим процедуру выполнения отдельных операций в интерфейсе «Q-шина». Операция может начаться (шина захвачена) только после снятия сигнала SYNC предыдущей операции. Захват шины периферийным устройством осуществляется через систему прерывания и арбитрирование запросов прерывания с учетом уровней приоритетов, присвоенных отдельным ПУ. Функционирование системы прерывания и арбитража описано в гл. 9. Здесь ограничимся рассмотрением протокола и временной диаграммы процедуры прерывания и арбитража.

Программы ввода-вывода супервизора находятся, так сказать, над соответствующими программами ПЗУ. Частью супервизора являются драйверы — тщательно составленные и проверенные программы управления каждым периферийным устройством. Обычно в типовых устройствах они входят в состав ОС. Программы утилиты выполняют часто встречающиеся рутинные процедуры.

Устройство ввода-вывода информации устанавливают связь МП с периферийным оборудованием и структуру этой связи. По шине ввода-вывода МП передается два вида информации: адрес периферийного устройства или адрес ячейки памяти и данные этого адреса. Связь МП с периферийным устройством может быть программной, заданной оператором, либо связью, которая носит название прямого доступа в память.

Передача данных производится в случае, если периферийное устройство готово принять информацию. Поэтому МП должен постоянно проверять готовность устройства обменяться информацией. Чтобы избежать потери времени на проверку готовности, возможен режим прерывания; после приема сигнала прерывания МП заканчивает текущую команду, записывает в память состояние основных регистров — программного счетчика и аккумулятора и далее переходит к той части управляющей памяти, которая выдает информацию о том, что нужно делать с периферийным устройством, вызвавшим прерывание. После выполнения вспомогательной программы МП восстанавливает содержание всех регистров и продолжает выполнять

С замаскированным запросом в зависимости от причины прерывания поступают двояким образом: или он игнорируется, или запоминается, с тем чтобы осуществить затребованные действия, когда запрет будет снят. Например, если прерывание вызвано окончанием операции в периферийном устройстве, то его следует, как правило, запомнить, так как иначе ЭВМ останется неосведомленной .о том, что периферийное устройство освободилось. Прерывание, вызванное переполнением разрядной сетки при арифметической операции, следует при его маскировании игнорировать, так как запоминание этого запроса может привести к тому, что он окажет действие на часть программы или другую программу, к которым это переполнение не относится.

Передача информации с периферийного устройства в ядро ЭВМ (память и процессор) называется операцией ввода, a передача из ядра ЭВМ в периферийное устройство — операцией вывода.

Управляющая информация для операций ввода-вывода. В ЭВМ с каналами ввода-вывода управление вводом-выводом строится иерархическим образом ( 11.5). В операциях ввода-вывода участвуют три типа устройств: процессор (первый уровень управления), канал ввода-вывода (второй уровень), периферийное устройство (третий уровень). Каждому 'типу устройств соответствует определенный вид управляющей информации: процессору — команды ввода-вывода, каналу — управляющие слова канала (УСК), периферийному устройству — приказы. Кроме того, в управлении вводом-выводом используются коды состояния канала [слово состояния канала (CCK)J и ПУ (байт состояния и байты уточненного состояния). О кодах состояния см. в § 11.10.

в состояние .Готов». Периферийное устройство находится в состоянии «Не готов» если необходимо вмешательство оператора (нет перфокарт, бумаги не заправлена лента в ПУ и т. п.). Указатель «УПУ кончило» формируется (для групповых УПУ), если при обращении к нему оно

PAB-K Первое перафваоЛте устройство РЛВ-К ^ ПасмОяеа периферийное устройство

3. Периферийное устройство, обнаружившее совпадение номеров, блокирует дальнейшее распространение сигнала ВБР-К и выдает в канал сигнал РАБ-А.

1. Периферийное устройство, после того как оно готово к передаче информации, возбуждает сигнал ТРБ-А.

4. Периферийное устройство выдает на шину обратной передачи свой номер и возбуждает сигнал идентификации АДР-А.

Повторение управляющего слова канала ускоряет повторение ошибочно выполняемой операции. При ошибке в операции ПУ может запросить повторение УС К, причем для повторения не требуется обработка запроса прерывания ввода-вывода. Периферийное устройство запрашивает повторение УСК выдачей соответствующего байта состояния и одновременно сигнала на линии МРК-АО.

Протокол и временник диаграмма ( 11.25) операции «Чтение слова» (задатчиком является процессор или периферийное устройство, исполнителем — память или периферийное устройство).

В рассматриваемой системе каждому процессору доступны любой канал и любое периферийное устройство; другими слонами, реализуются «общее поле каналов ввода-вывода» и «общее поле периферийных устройств» (см. гл. 15).