Реклама

Наш канал:

Таненбаум Э.- Архитектура компьютера. стр.92

Рис. 2.24. Физическая структура персонального компьютера

Логическую структуру обычного персонального компьютера иллюстрирует рис. 2.25. У данного компьютера имеется одна шина для соединения центрального процессора, памяти и устройств ввода-вывода; однако большинство систем имеют две и более шины.

Рис. 2.25. Логическая структура обычного персонального компьютера

Каждое устройство ввода-вывода состоит из двух частей: одна объединяет большую часть электроники и называется контроллером, а другая представляет собой само устройство ввода-вывода, например дисковод. Контроллер обычно располагается на плате, которая вставляется в свободный разъем. Исключение представляют собой контроллеры устройств, являющихся неотъемлемыми составными частями компьютера (например, клавиатуры), которые иногда располагаются на материнской плате. Хотя дисплей (монитор) и нельзя назвать дополнительным устройством, соответствующий контроллер иногда располагается на встроенной плате, чтобы пользователь мог по желанию выбирать платы с гра фическими ускорителями или без них, устанавливать дополнительную память и т. д. Контроллер связывается с самим устройством кабелем, который соединяется с разъемом на задней стороне корпуса.

Контроллер управляет своим устройством ввода-вывода и для этого регулирует доступ к шине. Например, если программа запрашивает данные с диска, она посылает команду контроллеру диска, который затем отправляет диску команду поиска и другие команды. После нахождения соответствующей дорожки и сектора диск начинает передавать контроллеру данные в виде потока битов. Задача контроллера состоит в том, чтобы разбить поток битов на фрагменты и записывать каждый такой фрагмент по мере накопления битов для него в память. Отдельный фрагмент обычно представляет собой одно или несколько слов. Если контроллер считывает данные из памяти или записывает их в память без участия центрального процессора, то говорят, что осуществляется прямой доступ к памяти (Direct Memory Access, DMA). Когда передача данных заканчивается, контроллер вызывает прерывание, вынуждая центральный процессор приостанавливать работу текущей программы и начинать выполнение особой процедуры. Эта процедура называется программой обработки прерываний, и нужна она для того, чтобы проверить, нет ли ошибок, в случае их обнаружения произвести необходимые действия и сообщить операционной системе, что процесс ввода-вывода завершен. Когда программа обработки прерывания завершается, процессор возобновляет работу программы, которая была приостановлена в момент прерывания.

Шина используется не только контроллерами ввода-вывода, но и процессором для передачи команд и данных. А что происходит, если процессор и контроллер ввода-вывода хотят получить доступ к шине одновременно? В этом случае особая микросхема, которая называется арбитром шины, решает, чья очередь первая. Обычно предпочтение отдается устройствам ввода-вывода, поскольку работу дисков и других движущихся устройств нельзя прерывать, так как это может привести к потере данных. Когда ни одно устройство ввода-вывода не функционирует, центральный процессор может полностью распоряжаться шиной для взаимодействия с памятью. Однако если работает какое-нибудь устройство ввода-вывода, оно будет запрашивать доступ к шине и получать его каждый раз, когда ему это необходимо. Этот процесс, который притормаживает работу компьютера, называется захватом цикла памяти (cycle stealing).