Функционирование ЭВМ с канальной организацией

Канал – это специализированный процессор, осуществляющий всю работу по управлению контроллерами внешних устройств и обмену данными между основной памятью и внешними устройствами.

Устройства группируются по ха­рактерной скорости и подключаются к соответствующим каналам.

Каналы:

§ селекторные - «быстрые» устройства (напр., накопители на магнитных дисках). Устройство получает канал в монопольное использование на все время выпол­нения операции обмена данными;

§ мультиплексные - «медленные» устройства. Канал разделя­ется (мультиплексируется) между несколькими устройствам, при этом возможен одновременный обмен данными с несколькими уст­ройствами.

Доступ к оперативной памяти может получить и ЦП, и один из каналов. Для управления очередно­стью доступа имеется контроллер оперативной памяти, который определя­ет приоритетную дисциплину доступа при одновременном обраще­нии нескольких устройств к памяти. Приоритет обратно пропорциона­лен частоте обращения устройств к памяти (наименьший приоритет – ЦП, среди каналов больший приоритет имеют медленные каналы).

За счет существенного усложнения организации ЭВМ, упрощается архитектура ввода-вывода. Связь между отдельными узлами осуще­ствляется по схеме, напоминающей треугольник. Опера­ции обмена данными становятся более простыми. Канал, по сути, представляет собой специализированный «интеллектуальный» кон­троллер прямого доступа к памяти. Для ускорения обмена данными реализованы несколько трактов обмена данными (процессор — ос­новная память, каналы — основная память). О своем состоянии ка­нал может информировать процессор с помощью прерываний. Все контроллеры внешних устройств подключаются к «своим» каналам с помощью стандартного интерфейса. Свобода подключения внешних устройств сохраняется благодаря стандартному протоколу интерфей­са, при этом появляется возможность группировать устройства по характеристикам.

Канал выполняет свою канальную программу:

- состоит из ка­нальных команд;

- длина программы произвольна;

- последняя команда содержит признак конца;

- подготовку программы и загруз­ку ее в оперативную память осуществляет ОС.

- по­сле подготовки канальная программы, адрес ее начала раз­мещается в фиксированной ячейке памяти, называемой С ловом адреса канала CAW (Chanel Adress Word).

Команды процессора для управления каналами:

§ НАЧАТЬ ВВОД-ВЫВОД - SIO M,N (Start Input-Output)- инициирование операции обмена данными:

- М - номер канала;

- N - номер устройства в канале.

§ ОПРОСИТЬ ВВОД-ВЫВОД — TIO (Test Input-Output) – проверка процессором состояния канала

Команда SIO M,N передается во все каналы, но воспринимает ее только канал М. Если канал занят, то он устанавливает соответст­вующее состояние своих регистров, и процессор по команде TIO мо­жет выяснить, что запуск канальной программы не состоялся. Если канал свободен, он выполняет следующие действия.

1. вы­бирает из оперативной памяти CAW в свой регистр;

2. пере­дает подключенным к нему устройствам команду SIO.

Команда SIO M,N передается всем устройствам, но вос­принимает ее только устройство N. Если устройство занято или не готово, в регистрах канала устанавливается соответствующее состоя­ние и процессор по команде TIO может узнать о том, что операция обмена данными не состоялась. Если же устройство свободно и гото­во к обмену данными, оно устанавливает в интерфейсе сигнал ожи­дания. Вся дальнейшая обменная операция протекает по инициативе внешнего устройства.

Получив сигнал ожидания, канал выбирает по адресу CAW адрес канальной команды и передает ее в контроллер внешнего устройства, где она выполняется.

Канальные команды:

- подготовительные команды - устанавливают режимы работы внешних устройств, осуществляют операции поиска и т.д.

- коман­ды обмена данными - содержат коды операций и адреса оператив­ной памяти. Обмен происходит по асинхронной схеме по инициативе внешнего устройства. Данные извлекаются из памяти и помещаются в нее напрямую, без посредников.

После выполнения команды канал проверяет в выполненной ко­манде признак конца. Если это не последняя команда, меняется адрес CAW и выбирается следующая команда. Если команда последняя, канал «привлекает к себе внимание» процессора с помощью сигнала прерывания. По сигналу прерывания запускается обработчик, яв­ляющийся частью ОС. Обработчик прерывания выполняет операции, завершающие обмен.

Канал может сгенерировать сигнал прерывания до окончания ка­нальной программы при возникновении исключительной ситуации. В этом случае операционная система запрашивает состояние регистров канала и выясняет, что именно произошло, и определяет, какие дей­ствия необходимо предпринять в возникшей ситуации.

Одной из первых машин с каналами была ЭВМ второго поколе­ния IBM-704. Ярким примером ЭВМ с каналами являются машины семейства IBM-360/370.