ЭВМ с канальной организацией (продолжение)

Для управления каналами процессор имеет всего несколько ко­манд. Операция обмена данными инициируется центральным процес­сором с помощью команды НАЧАТЬ ВВОД — ВЫВОД — SIO M,N (Start Input — Output). Операциями команды являются М — номер канала и N — номер устройства в канале. Выдав команду запуска об­мена, процессор, не обращая внимания на обменный процесс, про­должает выполнять свою программу. Центральный процессор может проверить состояние канала с помощью команды ОПРОСИТЬ ВВОД — ВЫВОД — ТЮ (Test Input — Output).

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 ТЮ мо­жет выяснить, что запуск канальной программы не состоялся. Если канал свободен, он выполняет следующие действия. Во-первых, вы­бирает из оперативной памяти CAW в свой регистр, во-вторых, пере­дает подключенным к нему устройствам команду SIO. Команда за­пуска ввода-вывода 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 ТЮ 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 могут быть подготовительными или коман­дами обмена данными. Подготовительные команды устанавливают режимы работы внешних устройств, осуществляют операции поиска и т.д.

Обменные команды 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 операционной системы. 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.

Отметим некоторые особенности канальных машин. Несколько подряд идущих канальных команд могут образовывать цепочку дан­ных. В этом случае имеется одна команда обмена, например чтения физической записи из нескольких адресов оперативной памяти со счетчиков. Одна физическая запись распределяется в несколько адре­сов оперативной памяти.

В ЭВМ с канальной организацией процессор практически полно­стью освобождается от рутинной работы по организации ввода-вывода. Управление контроллерами внешних устройств и обмен дан­ными берет на себя канал. Наличие нескольких трактов передачи данных снимает трудности, связанные с блокировкой единственного тракта передачи данных (системной шины), что повышает скорость обмена. Все это дает возможность производить обмен данными с внешними устройствами параллельно с основной вычислительной работой центрального процессора. В результате общая производи­тельность системы существенно возрастает. Удорожание схемы оку­пается.

Одной из первых машин с каналами была ЭВМ второго поколе­ния IBM-704. Ярким примером ЭВМ с каналами являются машины семейства IBM-360/370. Появление этих ЭВМ произвело переворот в вычислительной технике, и на долгие годы они стали образцом для подражания у создателей ЭВМ. Хотя в настоящее время эти машины ушли в прошлое, они оставили богатое наследие в виде интересных архитектурных решений, программных и алгоритмических разрабо­ток. В настоящее время схемы со специализированными процессора­ми ввода-вывода часто встречаются в ЭВМ различных типов. Несо­мненно, идея схемы с каналами не умерла, и к ней еще неоднократно будут возвращаться.