Вопрос. Взаимодействие устройств, входящих в состав ЭВМ

Взаимодействие устройств, входящих в состав ЭВМ. Каналы и интерфейсы ввода-вывода. Многопроцессорные и многомашинные вычислительные системы. Особенности их эксплуатации.

Взаимодействие переферийных устройств обеспечивает система ввода-вывода. Для того, чтобы операции ввода-вывода выполнялись параллельно с выполнением вычислений, необходимо освободить процессор от управления операциями обмена информацией между периферийными устройствами и памятью.

1. Процессор (центральный процессор) — основной вычислительный блок компь­ютера, содержит важнейшие функциональные устройства:

· устройство управления с интерфейсом процессора (системой сопряжения и связи процессора с другими узлами машины);

· арифметико-логическое устройство;

· процессорную память.

Процессор является устройством, выполняющим все функции элементарной вычислительной машины.

2. Оперативная память — запоминающее устройство, используемое для оператив­ного хранения и обмена информацией с другими узлами машины.

3. Каналы связи (внутримашинный интерфейс) служат для сопряжения централь­ных узлов машины с ее внешними устройствами.

4. Внешние устройства обеспечивают эффективное взаимодействие компьютера с окружающей средой: пользователями, объектами управления, другими маши­нами. В состав внешних устройств обязательно входят внешняя память и уст­ройства ввода-вывода.

Вычислительные системы бывают:

□ однородные;

□ неоднородные.

Однородная ВС строится на основе однотипных компьютеров или процессоров, позволяет использовать стандартные наборы программных средств, типовые прото­колы (процедуры) сопряжения устройств. Их организация значительно проще, об­легчается обслуживание систем и их модернизация.

Неоднородная ВС включает в свой состав различные типы компьютеров или процессоров. При построении системы приходится учитывать их различные техни­ческие и функциональные характеристики, что существенно усложняет создание и обслуживание таких систем.

Вычислительные системы работают в:

□ оперативном режиме (on-line);

□ неоперативном режиме (off-line).

Оперативные системы функционируют в реальном масштабе времени, в них реализуется оперативный режим обмена информацией — ответы на запросы посту­пают незамедлительно. В неоперативных ВС допускается режим «отложенного от­вета», когда результаты выполнения запроса можно получить с некоторой задерж­кой (иногда даже в следующем сеансе работы системы).

Различают ВС с централизованным и децентрализованным управлением. В пер­вом случае управление выполняет выделенный компьютер или процессор, во вто­ром — эти компоненты равноправны и могут брать управление на себя.

Вычислительная система может строиться на основе целых компьютеров — многомашинная ВС, либо отдельных процессоров — многопроцессорная ВС.

Многомашинная ВС содержит некоторое число компьютеров, информационно взаимодействующих между собой. Машины могут находиться рядом друг с другом, а могут быть удалены друг от друга на некоторое, иногда значительное расстояние (вычислительные сети).

В многомашинных ВС каждый компьютер работает под управлением своей опе­рационной системы (ОС). А поскольку обмен информацией между машинами вы­полняется под управлением ОС, взаимодействующих друг с другом, динамические характеристики процедур обмена несколько ухудшаются (требуется время на со­гласование работы самих ОС). Информационное взаимодействие компьютеров в многомашинной ВС может быть организовано на уровне:

□ процессоров;

□ оперативной памяти (ОП);

□ каналов связи.

При непосредственном взаимодействии процессоров друг с другом информаци­онная связь реализуется через регистры процессорной памяти и требует наличия в ОС весьма сложных специальных программ.

На уровне каналов связи взаимодействие организуется наиболее просто и может быть достигнуто внешними по отношению к ОС программами-драйверами, обеспе­чивающими доступ от каналов связи одной машины к внешним устройствам других (формируется общее поле внешней памяти и общий доступ к устройствам вво­да-вывода).

В многопроцессорной ВС (МПВС) имеется несколько процессоров, информа­ционно взаимодействующих между собой либо на уровне регистров процессорной памяти, либо на уровне оперативной памяти. Этот тип взаимодействия принят в большинстве случаев, так как организуется значительно проще и сводится к соз­данию общего поля оперативной памяти для всех процессоров. Общий доступ к внешней памяти и к устройствам ввода-вывода обеспечивается обычно через ка­налы ОП. Важным является и то, что многопроцессорная вычислительная система работает под управлением единой операционной системы, общей для всех процессо­ров. Это существенно улучшает динамические характеристики ВС, но требует на­личия специальной, весьма сложной операционной системы.

Примером массовых многомашинных ВС могут служить компьютер­ные сети, примером многопроцессорных ВС — суперкомпьютеры.