Удельная стоимость хранения информации

Метод доступа

При последовательном доступе хранимая информация поделена на элементы – записи(records). Для перемещения механизма записи-чтения к нужной записи от текущего положения необходимо пройти все промежуточные. Такой доступ характерен, например, для накопителей на магнитной ленте.

При прямом доступе механизм записи-чтения напрямую обращается к зоне носителя, в которой находится адресуемая запись, и далее последовательно просматривает записи внутри этой зоны до совмещения с искомой записью.

Каждая запись имеет свой уникальный адрес, соответствующий ее физическому положению на носителе. Такой доступ реализован в ЗУ, которые используют в качестве носителя диски с концентрическими дорожками.

При произвольном доступе возможен непосредственный доступ к ячейке памяти в произвольном порядке с минимальными потерями времени. Этот метод доступа используется в оперативных ЗУ.

При ассоциативном доступе нужная ячейка памяти выбирается в первую очередь по ее содержимому, а не по физическому адресу. ЗУ содержит встроенный механизм сравнения определенных битов в каждой ячейке с заданным образцом, причем сравнение выполняется по всем ячейкам одновременно. Такой метод доступа реализуется в основном в кэш-памяти.

Минимальное время доступа имеет регистровая память, затем кэш-память, оперативная память, затем дисковая и ленточная.

 

Производительность

Время доступа для ЗУ с произвольным доступом характеризует длительность временного интервала от момента передачи адреса для записи/считывания до момента записи/считывания информации в/из указанной ячейки памяти. Для ЗУ с последовательным доступом или прямым доступом этот параметр характеризует время, необходимое для перевода механизма записи-чтения в нужную позицию по отношению к носителю информации.

Время цикла определяется для ЗУ с произвольным доступом и показывает длительность временного интервала между последовательными сеансами доступа к памяти. Т.О. время цикла включает время доступа плюс время выполнения дополнительных операций по подготовке устройства к следующему обращению.

Скорость передачи характеризует интенсивность информационного потока между ЗУ и устройствами обработки хранящейся в нем информации.

Максимальную скорость обмена имеет регистровая и оперативная память, затем дисковая и самая медленная – ленточная.

 

Физический способ хранения информации

В полупроводниковых микросхемах хранение информации производится в электронных элементах с двумя устойчивыми состояниями либо в запоминающих полупроводниковых емкостях.

При магнитоэлектрическом и магнитооптическом способах для хранения информации применяется эффект намагничивания локальной области (домена) магнитного поверхностного слоя носителя.

При оптическом способе применяется лазерный луч для чтения или записи/чтения информации с дисков со специальным покрытием и отражающим слоем.

 

Физические характеристики

Характеристики показывают возможность сохранения информации при отключении электропитания. К энергонезависимым относятся все магнитные, оптические, магнитооптические и некоторые полупроводниковые ЗУ. Энергозависимыми являются почти все полупроводниковые ЗУ, требующие для сохранения информации наличия питания.

Нестираемые ЗУ (постоянные ЗУ(ПЗУ)) заполняются на стадии изготовления пли при включении их в вычислительную систему, а затем в течение своего жизненного цикла только считываются.

 

Емкость

Общепринятой единицей измерения является байт. Емкость внутренних ЗУ измеряется в байтах и/или словах. Обычно длина машинного слова ПК составляет от 16 до 64 бит. Емкость внешних ЗУ всегда оценивается только в байтах. Максимальный объем информации имеют ленточные и дисковые устройства со сменными носителями, за ними идут дисковые накопители и затем – оперативная память.

 

Удельная стоимость хранения информации

 

Определяется стоимостью накопителя (с носителями), отнесенной к единице хранения (байту или мегабайту). Минимальную стоимость хранения имеют ленточные устройства со сменными носителями, несколько дороже дисковые накопители, а самая дорогая – оперативная память.

 

Логическая организация памяти.

 

Для процессора непосредственно доступной является внутренняя память, доступ к которой осуществляется по адресу, заданному программой. Для внутренней памяти характерен одномерный (линейный) адрес, представляющий собой одно двоичное число определенной разрядности. Внутренняя память подразделяется на:

• Оперативную, информация в которой может изменятся процессором в любой момент времени
• Постоянную, информацию из которой процессор может только считывать

Обращение к ячейкам оперативной памяти может происходить в любом порядке, причем как по чтению, так и по записи, и поэтому оперативную память называют памятью с произвольным доступом – Random Access Memory (RAM), - в отличии от постоянной памяти – Read Only Memory.

Внешняя память адресуется более сложным образом – каждая ее ячейка имеет свой адрес внутри некоторого блока, который, в свою очередь, имеет многомерный адрес. Во время физической операции обмена данными блок может быть считан или записан только целиком. Например, для одиночного дискового накопителя адрес блока будет трехмерным: номер поверхности (головки), номер цилиндра, и номер сектора. В современных накопителях этот трехмерный адрес часто заменяют линейным номером – логическим адресом блока, а его преобразованием в физический адрес занимается внутренний контроллер накопитель. Поскольку дисковых накопителей в компьютере может быть несколько то к трехмерному физическому адресу блока памяти добавляются номер накопителя, а также номер канала интерфейса.

По иерархии внутренняя и внешняя память используются различными способами. Во внутренней памяти хранятся программный код и данные, непосредственно доступные процессору в процессе вычислений. Внешнюю память обычно используют для длительного (независимо от состояния ЭВМ) хранения файлов, содержимое которых может быть произвольным. Исполнить программный код или обратится к данным непосредственно на диске процессор не может. Процессор или программа имеет доступ к содержимому файлов только опосредованно через отображение их (полное или частичное) в некоторой области оперативной памяти.

Главные недостатки дисковой памяти для оперативной работы процессора это большое время доступа к данным и низкая скорость обмена. Одним из способов решения проблемы быстродействия внешней памяти за счет внутренней (оперативной) является кэширование дисков – хранение образов последних использованных процессором данных из использованных блоков внешней памяти в оперативной памяти в надежде на то, что к ним вскоре будет следующий запрос, который удастся удовлетворить из памяти.

Одним из недостатков оперативной памяти является сравнительно небольшой объем, который пока не удается сделать конструктивно равным объему внешней памяти. Решить проблему увеличения объема оперативной памяти за счет дисковой позволяет виртуальная память, которую можно назвать кэшированием оперативной памяти на диске. Суть ее заключается в том, что программам предоставляется виртуальные адресные пространства оперативной памяти по размерам превышающие объем физически установленной оперативной памяти. Это виртуальное пространство разбито на страницы (блоки) фиксированного размера, и в физической оперативной памяти в каждый момент времени присутствует только часть из них. Остальные страницы хранятся на диске, откуда операционная система может их «подкачать» в физическую на место предварительно выгруженных на диск страниц. Диспетчером «подкачки» страниц является операционная система (работающая только в защищенном режиме), при этом для исполняемой программы этот процесс в основном прозрачен. Недостатком применения виртуальной памяти является снижение усредненной производительности памяти и некоторый расход дисковой памяти на так называемый файл подкачки (swap file). Размер виртуальной памяти не может превышать размер диска.

 

 

Краткая характеристика внешних устройств

 

Клавиатура – внешнее устройство для ввода в ЭВМ символьной информации.

 

Конструктивно в корпусе клавиатуры содержатся:

• Группы клавиш
• Датчики нажатия клавиш, применяются следующие типы датчиков: механические контакты, емкостные датчики, датчики на основе эффекта Холла
• Внутренний контроллер, осуществляющий сканирование матрицы клавиш, управление индикаторами, внутреннюю диагностику и взаимодействие через последовательный интерфейс с системной платой ЭВМ.

Существуют три основных типа клавиатур:

• Клавиатура XT – 83 клавиши
• Клавиатура AT – 84 клавиши
• Расширенная клавиатура – современный стандарт, имеет от 101-122 клавиш, содержащих кроме основных клавиши управления питанием, быстрого доступа к приложениям и т.д.

Конструктивные варианты клавиатур зависят от условий их применения (например, влаго и пылезащитные), размеров ЭВМ (портативное исполнение), дизайна, требование эргономики и вкусов пользователей.

 

Мышь, трекбол, тачпад (сенсорная панель), джойстик, геймпад, компьютерные руль и штурвал – оптико-механические манипуляторы-указатели, позволяющие вводить информацию в ЭВМ без использования клавиатуры.

Они передают в ЭВМ данные о нажатии своих клавиш, а также о своем местоположении и перемещении на координатной плоскости экрана.

Конструктивное исполнение обычной мыши предполагает наличие внутри корпуса мыши шарика, вращение которого позволяет определить координаты указателя. Трекбол представляет собой перевернутую мышь, шарик которого вращают рукой.

Оптическая мышь вместо шарика использует световой луч, по отражению которого определяется направление перемещения указателя мыши.

В зависимости от конструкции оптические мыши делятся:

· оптические светодиодные в них установлены специальный светодиод, который подсвечивает поверхность, по которой перемещается мышь и фотодатчик (фотодиод), он сканирует поверхность более тысячи раз в секунду, и передает эти данные процессору, который и делает выводы об изменении координат. Такие мыши не требуют специального коврика и способны работать на разных поверхностях. Недостаток: возможные сбои при одновременной работе с другими устройствами (например, с планшетами)

· оптические лазерные в них вместо светодиода для подсветки используется полупроводниковый лазер, то есть применяется поляризованный лазерный луч.

Лазерная мышь, по сравнению со своим предшественником, оптической мышью, имеет несколько преимуществ:

- Более точная;

- Не светится в темноте;

- Имеет меньшее энергопотребление (особенно важно для беспроводных мышек).

· индукционные мыши принцип их работы схож с дигитайзерами, используют специальную поверхность (коврик) внутри которой расположена сеть проводников (проводов).

Дигитайзер (графический планшет) - это устройство для ввода рисунков от руки непосредственно в компьютер. Состоит из пера и плоского планшета, чувствительного к нажатию или близости пера. Планшеты могут быть двух типов: электростатические и электромагнитные. В электростатических планшетах регистрируется локальное изменение электрического потенциала сетки под пером. В электромагнитных — перо излучает электромагнитные волны, а сетка служит приёмником.

· гироскопические мыши – позволяют работать не только на плоскости, но и в пространстве. Содержат гироскоп – устройство позволяющее измерять углы наклона и определять тем самым ориентацию мыши.

В зависимости от интерфейса мыши делятся:

· проводные, используют последовательный интерфейс RS-232 (с разъёмом DB25F и, позднее, DB9F) и PS/2

· беспроводные (FireWire (IEEE 1394), Bluetooth): сама мышь плюс приемник (порт на системной плате), передатчик подключается к ПК через USB.

Это: инфракрасная мышь и радиомышь, используют вместо проводного интерфейса соответственно инфракрасное излучение и радиосигналы.

Недостаток инфракрасной мыши: на работу могут влиять преграды между мышью и приемником.

Недостаток радио мыши: ограничен радиус действия.

[ Инфракрасное излучение — электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны λ = 0,74 мкм) и микроволновым излучением (λ ~ 1—2 мм).

Сейчас весь диапазон инфракрасного излучения делят на три составляющих:

коротковолновая область: λ=0,74—2,5 мкм;

средневолновая область: λ=2,5—50 мкм;

длинноволновая область: λ=50—2000 мкм;]

 

Тачпад (сенсорная панель) -специальное указательное устройство ввода. Применяются в ноутбуках, нетбуках, телефонах, терминалах, мониторах.

В ноутбуках, нетбуках она не прозрачная, во всех других устройствах панель прозрачная расположенная над самим монитором или экраном телефона, которая восприимчива к прикосновению с последующей возможностью точного определения его координат. Существует несколько основных технологий построения сенсорных панелей: резистивная, емкостная, инфракрасная.

 

Резистивная технология

Панель состоит из двух пластин, расположенных друг над другом. На одну из пластин нанесен слой проводящего резистивного материала в вертикальной, а на другой пластине - в горизонтальной ориентации, и от каждой пластины выведены по 2 электрода.

Обнаружение нажатия в резистивных панелях заключается в определении наличия контакта между двумя проводящими пластинами.

После того как нажатие зафиксировано, производится измерение координаты точки воздействия: сначала по горизонтали, затем - по вертикали. Само определение координат сводится к определению сопротивления в каждом из плеч получившегося «резисторного» делителя.

Даная технология использует простейшую математику для определения координат.

Резистивные панели легче, чем емкостные, хотя могут ослаблять яркость экрана, находящегося под ними, на 15%, а в отдельных случаях - и еще больше.

Недостатки:

· недолговечны

· требуют обязательной калибровки перед началом эксплуатации

 

Емкостная технология

Принцип работы панели на данном принципе действия основан на определении события нажатия посредством фиксирования изменения силы поля на углах емкостной пластины.

Слабый сигнал переменного тока подается на каждый угол пластины. Прикосновение любого проводящего материала к пластине будет вызывать утечку тока, что и фиксируется датчиками на тех же углах.

Слабым местом данной технологии является потребность в сложной математической обработке при определении координат прикосновения. Кроме того, экраны уже не воспринимают нажатие через перчатку.

 

Инфракрасная технология

Основа этой технологии сетка, сетка, сформированная горизонтальными и вертикальными инфракрасными лучами, она прерывается при касании к монитору любым предметом. Контроллер определяет место, в котором луч был прерван.

 

Джойстик – манипулятор для игровых программ, реагирующий на изменение наклона ручки и преобразующий это в программные команды. Существуют аналоговые и цифровые джойстики.

 

Геймпад, (игровой пульт) — тип игрового манипулятора. Представляет собой пульт, который удерживается двумя руками, для контроля его органов управления используются большие пальцы рук.

 

Монитор (дисплей) – внешнее устройство визуального вывода информации, составная часть видеосистемы ЭВМ наряду с видеоконтроллером и интерфейсом дисплея.

Мониторы можно классифицировать по ряду признаков:

По принципу формирования изображения на экране:

· электронно-лучевые - физический принцип формирования изображения заключается в бомбардировке потоком электронов поверхности электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), покрытой люминофором. Люминофор - это вещество, способное преобразовывать поглощаемую им энергию в световое излучение (люминесцировать). Люминофор под воздействием потока электронов светиться очень короткое время, после чего свечение необходимо регенерировать. Минимальная единица отображения информации – пиксел – состоит из трех крупиц люминофорного вещества базовых цветов (красного, синего и зеленого), композиция которых воспринимается человеческим глазом дает одну точку требуемого программе ЭВМ цвета. Один кадр изображения формируется последовательным построчным прохождением лучом электронов всей поверхности ЭЛТ с заданной частотой. Чтобы глаз человека в силу своей инерционности восприятия не ощущал мерцания изображения, необходимо регенерировать кадры с частотой не ниже 40-60Гц.

· жидкокристаллические (ЖК) - физический принцип формирования изображения основан на изменении оптической поляризации отраженного или проходящего света под воздействием электрического поля. Для формирования изображения собирается матрица ячеек, каждая из которых находиться на пересечении вертикальных и горизонтальных координатных проводников, управление которыми осуществляется либо напрямую полем самих проводников (пассивные матрицы), либо транзистором (активные матрицы). Для повышения качества отображаемого изображения в ЖК-панелях применяют заднюю или боковую подсветку от дополнительного источника освещения. Ячейка цветной ЖК-панели, как и в ЭЛТ, состоит из трех ЖК-элементов, каждый из которых снабжен светофильтром одного из базисных цветов.

· газоплазменные - физический принцип формирования изображения основан на свечении газа под действием электрического поля. Каждая ячейка представляет собой подобие неоновой лампочки, при подаче напряжения в ней возникают ионизация и свечение газа. Цветной пиксел образуется наличием трех элементов свечения, покрытых на торце элемента люминофором одного из базисных цветов. Такие мониторы выдерживают особые условия эксплуатации – высокую вибрацию и низкую температуру.

· на светодиодных матрицах (LED - Light-emitting diode и OLED - Organic Light-Emitting Diode). OLED используется для создания мониторов и экранов мобильных телефонов.

Светодиод - полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом или контактом металл-полупроводник, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра, его спектральные характеристики зависят в том числе от химического состава использованных в нём полупроводников.

Достоинства OLED:

- малые вес и габариты

- низкое энергопотребление

- высокая яркость, и контрастность

- быстрый отклик

- большой диапазон рабочих температур

- большие углы обзора без потери качества изображения

Недостатки:

- дороговизна производства больших матриц

- малый срок службы полупроводников синего цвета

· другие типы мониторов: электролюминисцентные (LE), дисплеи с эмиссией полем (FED), на светящихся полимерных полупроводниках (LEP), трехмерные дисплеи и др.

По длительности хранения информации на экране:

· генерируемые – время свечения точки невелико, поэтому для поддержания постоянной яркости необходимо перерисовывать (регенерировать) изображение. Регенерация точки не зависит от статичности или динамичности картинки, для нормального восприятия глазом человека частота перерисовки составляет не меньше 75 раз в сек.

· запоминающие – на таких мониторах статическое изображение формируется один раз, держится долгое время и стирается подачей специального стирающего напряжения

По цветности:

· монохромные – такие мониторы выводят изображение в оттенках одного цвета и могут быть черно-белыми, черно-зелеными или черно-желтыми

· цветные – позволяют вывести на экран 2N цветов, где N – количество бит на один пиксел. Цветовые режимы имеют свои названия, например режим High Color определяет 15 или 16 бит на пиксел (32768 и 65536 цветов соответственно), режим True Color – 24 или 32 бита на пиксел (более 16 миллионов цветов). Так как один пиксел изображения формируется композицией трех базовых R:G:B, то N для режима High Color делится как 5:5:5 (по 5 бит на цвет), для режима True Color -8:8:8.

По эргономическим характеристикам, влияющим на работоспособность пользователя (комфорт, удобство работы, наличие вредных для здоровья излучений (для ЭЛТ) и т.п.). Такие характеристики указываются в паспорте монитора. Наиболее часто используемые характеристики:

· диагональ

· четкость и контрастность

· наличие антибликового покрытия

· наличие антистатического покрытия

· наличие защиты от радиации (если это ЭЛТ монитор)

· наличие возможности работать в энергосберегающем режиме

Существуют стандарты, обеспечивающие выполнение экологических и эргономических требований, например группа стандартов ТСО, последние из них ТСО 06, ТСО 07, ТСО 5.0, ТСО 5.1

Основные параметры мониторов:

· цветность – монохромные или цветные;

· размер диагонали экрана – это видимая пользователю область экрана, принято измерять в дюймах

· размер зерна экрана – эта величина указывает размер минимальной единицы свечения – пиксела – в миллиметрах и составляет у современных мониторов 0,2 и 0,18 мм

· допустимая частота развертки – минимальная частота регенерации, рекомендуемая – 100МГц

· полоса пропускания видео – обеспечивает требуемую разрешающую способность монитора. Например, при разрешении 1280 х 1024 пикселов и частоте кадров 75МГц полоса пропускания видеотракта должна составлять не меньше 125МГц. При недостаточной полосе пропускания на экране могут отсутствовать мелкие детали(точки или вертикальные линии толщиной в 1 пиксел)

 

Проектор - световой прибор, позволяющий при помощи источника света проецировать изображения объектов на поверхность, расположенную вне прибора (экран), бывают оптико-механическими или оптическо-цифровыми.

Проекторы бывают:

· аналоговые – это ЭЛТ-проектор, и Проектор с модуляцией света

· цифровые – это проекторы выполненные по технологиям LCD, DLP, LCOS

 

Принтер – внешнее устройство ЭВМ, предназначенное для вывода (печати) текста или изображения на бумагу или пленку.

Плоттер (графопостроитель) – внешнее устройство ЭВМ, предназначенное для вывода (вычерчивания) изображения на бумагу или пленку.

Классификация принтеров:

По способу печати:

· символьные (буквопечатающие) – принтеры такого типа позволяют печатать строки текста из символов (в том числе букв) заданного набора. Недостаток: вывод графического изображения низкого качества. Достоинство: быстрота и относительное качество печати текста

· графические (знакосинтезирующие) – вывод информации осуществляется отдельными точками, из которых образуются символы и изображение. Количество точек на дюйм (dpi – Dots Per Inch) определяет разрешающую способность принтера. Для получения фотографического качества изображения требуется разрешение принтера не менее 720 dpi.

По способу нанесения красителя:

· принтеры ударного действия – игольчатые принтеры, которые формируют изображение путем удара иголок по бумаге через красящую ленту. Каждая иголка является металлическим стержнем маленького электромагнита, при подаче напряжения на который происходит ее выброс. Иголки собраны в матрицу в один или несколько рядов на печатающей головке, из-за чего такие принтеры называют матричными. Максимальное разрешение 360 х 360 dpi. Существуют цветные матричные принтеры, использующие многоцветную красящую ленту.

· Принтеры безударного действия: термические, струйные, лазерные.

- термические – физический принцип основан на изменении цвета нагретой маленькой области (точки, нагрев которой обеспечивает печатающая головка) специальной термочувствительной бумаги.

- струйные - физический принцип основан на выбросе маленькой капли чернил (объемом несколько пиколитров:10^-12) из сопла печатающей головки в заданную точку бумаги.

Существует несколько технологических способов выброса чернил – пьезоэлектрический, метод газовых пузырей, метод drop – on – demand.

Реализация цветной печати достигается применением цветных картриджей.

- лазерные - физический принцип основан на прилипании тонера (мелкодисперсного порошка) к светочувствительной, электростатически заряженной поверхности специального прокатывающего барабана в тех местах, где их разрядил луч лазера. Далее по барабану прокатывается лист бумаги, на который переходят частички тонера, после чего бумага подвергается нагревания, вследствие чего порошок расплавляется, проникает в поры бумаги и застывает. Лазерные принтеры обеспечивают наилучшее качество.

 

Плоттеры являются координатными печатающими устройствами. Изображение формируется из графических примитивов: отрезков прямых, точек, дуг, эллипса и прямоугольника. Буквы текста интерпретируются управляющим устройством плоттера как набор примитивов. Размер печатающей поверхности плоттера достигает формата А0. Существует два типа печатающих плоттеров: планшетные и рулонные.

Планшетные плоттеры имеют передвигающуюся над листом бумаги печатающую либо чернилами (струйный тип) либо пишущую пером (фломастер, шариковой ручкой и т.д.) головку. Позиционирование головки осуществляется специальным микроконтроллером и достигается точности в сотые доли миллиметра.

В рулонных плоттерах бумага либо намотана и подается со специального барабана или бумага в форматах до А1 или А0 устанавливается в зажимные приспособления плоттера, Пишущая головка передвигается только вдоль оси барабана. Для обеспечения точности позиционирования применяется дорогостоящая механика. Обычно такие плоттеры струйного типа, так же они имеют большую внутреннюю память.

Режущий плоттер отличается тем, что взамен пишущего узла установлен резак, который позволяет вырезать на самоклеющейся пленке векторные изображения, буквы и т.д., из которых изготавливается наружная реклама (штендеры, растяжки и прочее).

 

Сканер (оптический считыватель) – внешнее устройство ЭВМ для ввода плоского изображения. В основе широко распространенных типов сканеров используются так называемые приборы с зарядовой связью (ПЗС), позволяющие преобразовать падающий на них свет в электрический заряд и в последующем в цифровой код с помощью цифроаналоговых преобразователей. Величина заряда пропорциональна интенсивности света. Приборы ПЗС, размещенные в линию, позволяют считать одну строку изображения, освещенного яркой люминесцентной лампой. Затем считывается следующая строка и т.д.

Цифровой код представляет собой растровое изображение, каждая точка которого – это код определенного цвета. Разрядность кода определяет глубину цветопередачи и, в конечном счете, качество картинки. При необходимости преобразования отсканированного текста в символы применяют различные аппаратно-программные средства, основанные на методе сравнения с эталонами, методе зондов и применении искусственной нейронной сети (перцептрон).

Цифровые фотоаппараты и видеокамеры, а также слайдовые сканеры имеют прямоугольную матрицу ПЗС, позволяющую получить цифровой код изображения целиком, а не построчно.

К другим типам сканеров относятся:

· оптические считыватели со спиральной барабанной разверткой;

· оптические считыватели методом «бегущего луча»;

· оптические считыватели «слежение за контуром».

 

Основные функции и структура модулей ввода-вывода.

Функции, которые выполняет МВВ, объединены в следующие группы:

· управление и синхронизация – это функции координации потоков данных между ВнУ и внутренними ресурсами ЭВМ;

· взаимодействие с процессором – функции расшифровки команд процессора, передачи данных, передачи процессору информации о текущем состоянии ВнУ, распознавания адресов подключенных к МВВ внешних устройств;

· взаимодействие с ВнУ – функции по передаче команд, обмену данными, приему информации о текущем состоянии ВнУ;

· временная (тактовая) буферизация данных – функции временного хранения данных во внутреннем буфере МВВ при работе с низкоскоростными внешними устройствами;

· обнаружение ошибок и сбоев – функции по обнаружению ошибок и сбоев, возникающих в процессе работы МВВ, и передаче соответствующей информации процессору.

Обобщенная структурная схема МВВ:

 

 

 

МВВ взаимодействует с другими компонентами ЭВМ через системную магистраль ЭВМ. Данные, передаваемые в обе стороны через МВВ, временно сохраняются в одном или нескольких регистрах данных. В регистрах состояния хранится информация о текущем состоянии подключенных ВнУ. Регистры состояния могут работать и в режиме регистров управления при записи в них информации, конкретизирующей передаваемые процессором команды. Логические блоки (подсистемы) в составе МВВ обмениваются с процессором сигналами (каналами) по шине управления системной магистрали. Для взаимодействия со внешними устройствами в состав МВВ включаются логические блоки, специфичные для определенного типа ВнУ. Такие блоки предназначены для распознавания и формирования кодов адресов, ассоциированных с подключенными к нему ВнУ.

Существует три принципиально различных способа выполнения операции ввода – вывода:

· программируемый ввод – вывод (асинхронный режим) в этом случае операция выполняется под контролем программного обеспечения. При этом процессор постоянно занят обменом данными и не может выполнять другую работу;

· ввод – вывод по прерыванию (синхронный режим) в этом случае процессор только запускает процесс обмена и не ожидает ответа от МВВ о его окончании, а выполняет другую работу. Когда внешнему устройству потребуется ресурс процессора, то через МВВ и системную магистраль выставляется соответствующее прерывание;

· прямой доступ к памяти (Direct Memory Access – DMA) в этом случае специализированный контроллер принимает на себя всю нагрузку по передаче данных между оперативной памятью ЭВМ и ВнУ, освобождая процессор от рутинных операций. При этом DMA:

- освобождает процессор от управления операциями ввода – вывода

- позволяет осуществлять параллельно во времени выполнение процессором программы с обменом данными между внешними устройствами и основной памятью

- производит обмен данными со скоростью, ограничиваемой только пропускной способностью основной памяти и ВнУ.

 

Рис. Взаимодействие устройств в режиме DMA

 

Передача данных в режиме DMA выполняется контроллером в следующей последовательности:

1. прием запроса от ВнУ

2. формирование запроса процессору на захват шин системной магистрали

3. прием сигнала, подтверждающего переход процессора в состояние захвата системной магистрали

4. формирование сигнала, сообщающего ВнУ о начале выполнения циклов DMA

5. выдача на шину адреса системной магистрали адреса ячейки оперативной памяти, предназначенной для обмена

6. выработка сигналов, обеспечивающих управление обменом данными;

7. по окончанию прямого доступа к памяти контроллер либо организует повторение цикла DMA, либо завершает режим доступа к памяти, снимая запросы на него.