Архітектура комп'ютерів

У той час як усі магнітні диски  обертаються з постійним числом оборотів у хвилину, тобто  з незмінною  кутовою швидкістю, CD-ROM обертається  звичайно з перемінною кутовою швидкістю, щоб забезпечити постійну лінійну  швидкість при читанні. Таким чином, читання внутрішніх секторів здійснюється при більшому числі оборотів, чим читання зовнішніх. Саме цим порозумівається досить низька швидкість доступу до даних для CD-ROM (від 150 до 400 мс при швидкості обертання до 4500 про/хв) у порівнянні, наприклад, з вінчестером.

Швидкість передачі даних, обумовлена швидкістю обертання диска і  щільністю записаних на ньому  даних, складає не менш 150 Кб/з і  доходить до 1,2 Мб/с.

Для завантаження компакт-диску в  дисковод використовується або один з різновидів висувної панелі, або спеціальна прозора касета. Випускають пристрою в зовнішнім виконанні, що дозволяють самостійно записувати спеціальні компакт-диски. НА відміну від звичайних, дані диски мають  шар, що відбиває, із золота. Це так називані перезаписувані СО-Р. Подібні диски звичайно служать як майстри-диски для подальшого  чи тиражування створення архівів.

Резерв підвищення ємність-підвищення щільності запису шляхом зменшення  довжини хвилі лазера. Так з'явилися  компакт-диски, здатні зберігати майже 4,7 Гб інформації на одній стороні і 10 Гб – на двох сторонах. Планується також створення двошарової схеми запису, тобто коли на одній стороні носія будуть дві рознесені по глибині поверхні з записаними даними. У цьому випадку інформаційна ємність компакт-диску зростає до 8,5 Гб на одній стороні.

Одним із самих життєздатних пристроїв, призначених для збереження даних, можуть виявитися магнитооптические  диски. Справа в тім, що З-РОМ зручні для збереження інформації, а в  роботі з нею вони виявляються  повільніше, ніж тверді магнітні диски. Тому звичайно з компакт-дисків інформацію переписують на МД, з яким і працюють. Така система не годить, якщо робота зв'язана з базами даних, що через велику інформаційну ємність саме  вигідніше розміщати на З-РОМ. Крім того, компакт-диски, використовувані в даний момент на практиці, не є перезаписуваними.

Магнитооптические диски позбавлені цих недоліків. Тут об'єднані досягнення магнітної й оптичної технологій. На них можна записувати інформацію і швидко зчитувати її. Вони зберігають усі переваги ГМД (переносимость, можливість окремого збереження, збільшення пам'яті комп'ютера) при величезній інформаційній ємності.

З-РОМ. Крім того, компакт-диски, використовувані  в даний момент на практиці, неє  перезаписуваними.

Магнитооптические диски позбавлені цих недоліків. Тут об'єднані досягнення магнітної й оптичної технологій. На них можна записувати інформацію і швидко зчитувати її. Вони зберігають усі переваги ГМД (переносимость, можливість окремого збереження, збільшення пам'яті комп'ютера) при величезної информационнойемкости.

3. Пристрою введення-висновку. Інтерфейси  і шини.

3.1. Принципи організації підсистеми  введення/висновку

Ефективність використання обчислювальних можливостей ЕОМ визначається не тільки можливостями її процесора і  характеристиками основної пам'яті, але також складом її периферійних пристроїв, їхніми технічними характеристиками і способами організації їхньої спільної роботи з ядром (процесор і основна пам'ять) комп'ютера.

При розробці підсистеми введення/висновку повинні бути вирішені наступні проблеми.

1. Повинна бути забезпечена можливість реалізації машини з перемінною конфігурацією (тобто  з перемінним складом устаткування). У першу чергу, користувач повинний мати можливість легко доповнювати машину новими пристроями, змінювати склад периферійних пристроїв відповідно до  призначення ЕОМ.
2. Повинна реалізовуватися рівнобіжна в часі робота процесора над програмою і виконання периферійними пристроями процедур вхід/вихід.
3. Для користувача повинне бути спрощене і стандартизоване програмування операцій уведення/висновку, забезпечена незалежність програмування введення/висновку від особливостей того чи іншого периферійного пристрою.
4. Повинні бути забезпечені автоматичне розпізнавання різних ситуацій, що виникають у периферійних пристроях, і реакція ядра ЕОМ на ці ситуації (будь те готовність пристрою, різні порушення його  чи роботи відсутність носіїв).

Найбільш актуальне рішення  цих проблем для ЕОМ з великою  кількістю різноманітних пристроїв.

Основні шляхи рішення зазначених проблем.

Модульность. Засоби сучасної ВТ проектуються на основі модульного (чи агрегатного) принципу. Він полягає в тім, що окремі пристрої виконуються у виді конструктивно закінчених модулів (агрегатів), що можуть порівняно просто в потрібних кількостях і номенклатурі поєднуватися, утворити ЕОМ.

Уніфіковані (не залежні від типу периферійних пристроїв) формати даних, якими периферійні пристрої обмінюються  з ядром ЕОМ, у тому числі й  уніфікований формат повідомлення, що периферійний пристрій посилає в  ядро про свій стан. Перетворення в індивідуальні формати даних здійснюють контролери й адаптери.

Уніфікований інтерфейс, тобто  уніфікований по складу і призначенню  набір ліній і шин, уніфіковані  схеми підключення, сигнали й  алгоритми (протоколи) керування обміном  інформацією між ПУ і ядром ЕОМ..

Уніфіковані (не залежні від типу ПУ) формат і вибір команд процесора  для операцій вхід-вихід. Операція вхід-вихід з будь-яким ПУ представляє для процесора просто операцію передачі даних незалежно від особливостей принципу дії даного ПУ, типу його носія і т.п..

Багато функцій керування операціями вхід-вихід (як наприклад керування прямим доступом до пам'яті) є загальними, вони не залежать від типу ПУ. Інші є специфічними для даного типу пристроїв. Виконання загальних функцій покладають на загальні для груп ПУ уніфіковані пристрої – контролери прямого доступу до пам'яті, процесори (канали) вхід-вихід, а специфічних – на спеціалізовані для даного типу ПУ електронні блоки керування (адаптери).

Використання безлічі периферійних пристроїв ПУ з відносно невеликою швидкодією приводить до того, що основний час роботи процесора зайнято обробкою операцій вхід-вихід і чеканням готовності зовнішніх пристроїв до обміну. Це істотно знижує швидкодія ЕОМ. Ефективність роботи ЕОМ можна підвищити шляхом поділу функцій керування центральним процесором і периферійними пристроями.

Канали виходу-входу- виходу

Для поділу функцій керування центральним  процесором і периферійними пристроями до складу ЕОМ включаються додаткові  пристрої – канали виводу-входу-виходу (КВВ), задачею яких є забезпечення взаємодії центрального процесора і ПУ (рис. 10.1).

Характерна риса КВВ полягає  в тім, що канал працює по збереженій у пам'яті програмі, тобто  так  само, як процесор. Отже, КВВ, власне кажучи, є спеціалізованим процесором виводу- входу-виходу. У результаті центральний процесор цілком звільняється від обслуговування операцій обміну периферійних пристроїв з пам'яттю. КВВ взаємодіє з ПУ через стандартні пристрої сполучення – інтерфейси і пристрої керування периферійними пристроями – контролери. У структурі ЕОМ, показаної на рис. 10.1, використовуються інтерфейси чотирьох типів:

• оперативної пам'яті (через інтерфейс здійснюється обмін інформацією між ОП, процесором і каналами);
• канал-процесор-канал" (на рис. 10.1 не показаний), необхідний для обміну керуючими сигналами між ними;
• виводу-введення-висновку (через інтерфейс контролери ПУ підключаються до каналу);
• пристроїв (за допомогою інтерфейсу ПУ підключаються до контролера).

Контролер здійснює керування обміном  інформації для групи ПУ одного типу, наприклад нагромаджувачів на магнітних дисках, і виконує наступні функції:

• перетворить стандартні послідовності сигналів інтерфейсу в послідовності сигналів, що забезпечують роботу конкретного ПУ;
• синхронізує роботу ПУ з іншими пристроями, у першу чергу з процесором;

  забезпечує буферизацию інформації, тобто  запам'ятовування у своїй внутрішній пам'яті обмінюваних даних на час, необхідний для реалізації циклу обміну.

КВВ включає у свій склад запам'ятовуючі пристрої (регістри) і логічні схеми, що виконують упакування, розпакування і підрахунок даних, модифікацію адреси даних і передачу інформації з оперативної пам'яті в периферійні пристрої й у зворотному напрямку. Канал працює під керуванням канальної програми, що зберігається в спеціально відведеній області основної пам'яті ЕОМ.

Основні функції каналу:

• прийом команд керування роботою каналу з центрального процесора;
• адресація зовнішнього пристрою, зазначеного в прийнятій команді;
• виконання дій, заданих у командах;
• установка керуючих сигналів на шинах інтерфейсу виходу- вхід-вихід;
• прийом керуючих сигналів, що надходять від ПУ по шинах інтерфейсу;
• безпосередня передача інформації між оперативною пам'яттю і ПУ;
• контроль переданої інформації на парність;
• підрахунок кількості переданих байт інформації;
• прийом і аналіз інформації про стан периферійних пристроїв;
• формування запитів у центральний процесор на переривання;
• керування послідовністю переривань від ПУ і виконання перериван<span class="dash0430_04