Рассмотренный способ обмена обладает существенным недостатком - непроизводительные затраты процессорного времени на ожидание готовности ПУ.

В/в по прерываниям процессора с точки зрения производительности ЭВМ более эффективен, так как время ожидания готовности ПУ процессор может использовать для выполнения другой программы. При этом способе в момент готовности контроллер ПУ вырабатывает сигнал прерывания, по которому процессор прерывает выполнение текущей программы и приступает к обслуживанию данного ПУ. Обслуживание осуществляется путем передачи управления специальной подпрограмме обмена, написанной для данного ПУ, которая обеспечивает обмен с РД ПУ. После ее завершения управление возвращается прерванной программе. Сигналов прерывания вырабатывается столько, сколько байтов информации вводится (выводится). Недостаток обмена по прерываниям процессора - это ощутимые накладные расходы времени на передачу одного байта данных, поэтому обмен по прерываниям процессора применяется для обслуживания медленнодействующих ПУ (клавиатура, принтер и т. п.).

2. Контроллер прямого доступа в память (КПДП).

Обменом управляет специальный контроллер или сопроцессор ввода/вывода , который инициализируется ЦП и передает данные от заданного ПУ в заданную область ОП, или наоборот.

DRQ – запрос на обмен, который говорит, что устройство готово участвовать в обмене

DASK – разрешение запроса

БР – буферный регистр

БУС – блок управления синхронизации

КПДП состоит из 4 одинаковых каналов. Каждый канал содержит 3 регистра: управляющие процедурой обмена с данным устройством:

RA – регистр адреса области памяти, участвующей в обмене (16-разрядный),

RCD – счетчик данных (количество байт, участвующих в операции (макс. 64 Кбайт))

RM – регистр режима, который задает направление обмена между ОП и ПУ.

Канал может работать в 4 режимах:

1) побайтный обмен: передав 1 байт, КПДП отключается и дает возможность работать ЦП или другим устройствам;

2) блочный обмен: начавшаяся операция будет поддерживаться, пока не передадутся все данные.

в) блочный обмен с ожиданием: контроллер будет выполнять операцию, не пуская другие устройства к работе

г) режим каскадного подключения.

3 фазы работы КПДП.

1. Инициирование.

2. Обмен.

3. Завершение.

В канал загружается адрес, количество слов, режим работы канала. Соответствующий канал размаскировывается, ЦП переключается на другую работу. ПУ, когда готово участвовать в обмене, передает сигнал DRQ, который анализируется контроллером. Контроллер посылает в ЦП сигнал HOLD (уступить шину). ЦП отключается от системной шины и передает контроллеру сигнал HLDA (освободил). Контроллер устанавливает сигнал AEN, вследствие чего все устройства отключаются от системной шины, кроме пославшего сигнал.

После этого контроллер выдает ПУ сигнал DACK. Этот сигнал после завершения обмена убирается, счетчик данных уменьшается на 1, контроллер убирает HOLD и AEN, ЦП захватывает шину и убирает HLDA. Контроллер готов реагировать на следующий сигнал DRQ.

Повышение производительности вычислительных систем

Производительность – это количество операций в единицу времени. Быстродействие – время выполнения операций. Пусть существует функция F, которую можно разделить на F1, F2, F3. При выполнении задачи F методом, описанным на рисунке, время выполнения F вычисляется как сумма времени выполнения операций F1, F2, F3.

При выполнении задачи F методом, описанным на рисунке, время выполнения F вычисляется как максимальное из значений времени выполнения операций F1, F2,F3.

Для ускорения выполнения операций используется конвейеризация (локальное совмещение команд – одновременное выполнение различных фаз соседних команд).