Модули ввода-вывода. Функции модуля ввода-вывода.

МОДУЛИ ВВОДА/ВЫВОДА
ФУНКЦИИ МОДУЛЯ
Модуль ввода/вывода в составе вычислительной машины отвечает за управление одним или несколькими ВУ и за обмен данными между этими устройствами с одной стороны, и основной памятью или регистрами ЦП — с другой. Основные функции МВВ можно сформулировать следующим образом: 
    локализация данных; 
    управление и синхронизация; 
    обмен информацией; 
    буферизация данных; 
    обнаружение ошибок. 
Локализация данных
Под локализацией данных будем понимать возможность обращения к одному из ВУ, а также адресации данных на нем.
 Управление и синхронизация
Функция управления и синхронизации заключается в том, что МВВ должен координировать перемещение данных между внутренними ресурсами ВМ и внешними устройствами. При разработке системы управления и синхронизации модуля ввода/вывода необходимо учитывать целый ряд факторов. 
Таким образом, модуль ввода/вывода обязан снабдить центральный процессор информацией о собственной готовности к обмену, а также готовности подключенных к модулю  ВУ.  Помимо этого, процессор должен обладать оперативными сведениями и об иных происходящих в CBB событиях.
Обмен информацией
Основной функцией МВВ является обеспечение обмена информацией. Со стороны «большого» интерфейса — это обмен с ЦП, а со стороны «малого» интерфейса — обмен с ВУ. В таком плане требования к МВВ непосредственно проистекают из типовой последовательности операций, выполняемых процессором при вводе/выводе.
1.       Выбор требуемого внешнего устройства.
2.       Определение состояния МВБ и ВУ.
3.       Выдача указания модулю ввода/вывода на подключение нужного ВУ к процессору.
4.       Получение от МВБ подтверждения о подключении затребованного ВУ к процессору.
5.       Распознавание сигнала готовности устройства к передаче очередной порции информации.
6.       Прием (передача) порции информации.
7.       Циклическое повторение двух предшествующих пунктов до завершения передачи информации в полном объеме.
8.       Логическое отсоединение ВУ от процессора.
С учетом описанной процедуры функция обмена информацией с ЦП включает в себя:
         дешифровку команды: МВБ получает команды из ЦП в виде сигналов на шине управления; 
         пересылку данных между МВБ и ЦП по шине данных;
         извещение о состоянии: из-за того, что БУ — медленные устройства, важно знать состояние модуля ввода/вывода. Так, в момент получения запроса на пересылку данных в центральный процессор МВВ может быть не готов выполнить эту пересылку, поскольку еще не завершил предыдущую команду. Этот факт должен быть сообщен процессору с помощью соответствующего сигнала. Возможны также сигналы, уведомляющие о возникших ошибках;
         распознавание адреса; МВВ обязан распознавать адрес каждого ВУ, которым он управляет.
Наряду с обеспечением обмена с процессором МВВ должен выполнять функцию обмена информацией с ВУ. Такой обмен также включает в себя передачу данных, команд и информации о состоянии.
Буферизация
Несмотря на различия в скорости обмена информацией для разных ВУ, все они в этом плане значительно отстают от ЦП и памяти. Такое различие компенсируется за счет буферизации. При выводе информации на ВУ данные пересылаются из основной памяти в МВБ с большой скоростью. В модуле эти данные буферизируются и затем направляются в ВУ со скоростью, свойственной последнему. При вводе из ВУ данные буферизируются так, чтобы не заставлять память работать в режиме медленной передачи. Таким образом, МВБ должен обладать способностью работать как со скоростью памяти, так и со скоростью ПУ.
 Обнаружение ошибок
Еще одной из важнейших функций МВБ является обнаружение ошибок, возникающих в процессе ввода/вывода. Центральный процессор следует оповещать о каждом случае обнаружения ошибки. Причинами возникновения последних бывают самые разнообразные факторы, которые в первом приближении можно свести к следующим группам: 
Источником ошибок может стать и несовершенство системного программного обеспечения (ПО): 
    непредвиденные последовательности команд или кодовые комбинации; 
    некорректное распределение памяти; 
    недостаточный размер буфера ввода/вывода; 
    недостаточно продуманные и оттестированные комбинации системных модулей. 
Среди ошибок, порождаемых пользовательским ПО, наиболее частыми являются: 
    нарушение последовательности выполнения программы; 
    некорректные процедуры. 
Вероятность возникновения ошибки внутри процессора для современных ЦП оценивается величиной порядка 10-18, в то время как для остальных составляющих ВМ она лежит в диапазоне 10-8 – 10-12.