Функционирование компьютера с канальной организацией архитектуры.

    Сравним схему канальной ЭВМ с рассмотренной выше схемой шинной организации компьютера. Алгоритм работы процессора и в данном случае не изменяется, поскольку компьютер с канальной организацией также построен в соответствии с принципами Дж. фон Неймана. Помимо известного набора устройств (процессор, память, внешние устройства) в состав ЭВМ с канальной организацией входят т.н. каналы.

    В основе этого типа организации ЭВМ лежит множественность каналов связи между устройствами и функциональная специализация узлов (рис. 1).

Рис. 1. Структура ЭВМ с канальной организацией.

 

    Канал – это специализированный процессор, осуществляющий управление процессом обмена между основной памятью и внешними устройствами и управляющий работой контроллеров внешних устройств.

    Устройства компьютера группируются по скорости обмена (характерной скорости) и подсоединяются к соответствующим каналам. Для управления очередностью доступа используют контроллер оперативной памяти.

    Так, «быстрое» устройство (например, накопитель на магнитном диске) подключается к селекторному (выделенному) каналу, получая его в монопольное использование на все время операции обмена данными.

    «Медленные» устройства подключаются к мультиплексному (многоцелевому) каналу, который разделяется (мультиплексируется) между несколькими устройствами. При этом возможен одновременный обмен данными с несколькими устройствами. Очередность доступа определяется контроллером оперативной памяти. Наименьший приоритет имеет процессор. Среди каналов наибольший приоритет принадлежит самым «медленным» каналам, т.е. приоритет обратно пропорционален частоте обращения устройств к памяти компьютера. 

    За счет существенного усложнения архитектуры ЭВМ упрощается процесс ввода / вывода. Канал фактически представляет собой специализированный контроллер прямого доступа к памяти. Для ускорения процесса реализованы несколько трактов обмена данными: процессор – память и каналы – память. О своем состоянии канал информирует процессор при помощи т.н. прерываний.

    Канал, являясь хоть и специализированным, но все-таки процессором, выполняет свою канальную программу. Она хранится в оперативной памяти. Длина канальной программы произвольна. Подготовку ее и загрузку в ОЗУ осуществляет операционная система. Несколько идущих подряд канальных команд могут образовывать цепочку данных. При этом имеется одна команда обмена данными, а одна физическая запись распределяется в несколько адресов оперативной памяти.

    Поскольку управление контроллерами внешних устройств и обменом данными в канальных ЭВМ осуществляется каналом, то центральный процессор фактически освобожден от рутинной работы по организации ввода / вывода, а наличие нескольких трактов передачи данных снимает трудности, связанные с блокировкой единственной системной шины при одновременном обмене с несколькими внешними устройствами. Следовательно, обмен данными здесь можно производить параллельно с основной вычислительной работой центрального процессора. Это существенно повышает быстродействие и производительность вычислительных систем.

    В современных архитектурах ЭВМ примером канала является контроллер прямого доступа к памяти (DMA-direct memory access). Благодаря ему процессор разгружается от организации передачи данных между двумя устройствами. В эффективности работы DMA можно убедиться, сравнив скорость передачи данных между жесткими дисками в режимах UDMA и PIO (programs input-output). Скорость передачи данных с включенным контроллером прямого доступа в 10-20 раз выше, чем при программной передаче данных посредством процессора.