Программируемый ввод-вывод

Программируемый ввод-вывод (также программируемый ввод-вывод , программируемый ввод-вывод , программируемый ввод-вывод , PIO ) — это метод передачи данных через ввод-вывод (I/O) между центральным процессором (ЦП) и периферийное устройство, ^[1] например, устройство хранения данных Parallel ATA . Передача каждого элемента данных инициируется инструкцией программы, задействуя ЦП для каждой транзакции. Напротив, при операциях прямого доступа к памяти (DMA) ЦП не участвует в передаче данных.

Этот термин может относиться либо к вводу-выводу с отображением в памяти (MMIO), либо к вводу-выводу с отображением на порт (PMIO). PMIO относится к передачам с использованием специального адресного пространства за пределами обычной памяти, доступ к которому обычно осуществляется с помощью специальных инструкций, таких как В и ВНЕ в x86 архитектурах . ММИО ^[2] относится к передачам на устройства ввода-вывода, которые отображаются в обычное адресное пространство, доступное программе. PMIO был очень полезен для ранних микропроцессоров с небольшим адресным пространством, поскольку ценный ресурс не потреблялся устройствами ввода-вывода.

Самый известный пример устройства ПК, использующего программируемый ввод-вывод, — это интерфейс Parallel AT Attachment (PATA); однако интерфейс AT Attachment также может работать в любом из нескольких режимов DMA. Многие старые устройства на ПК также используют PIO, включая устаревшие последовательные порты, устаревшие параллельные порты, когда они не находятся в режиме ECP, порты PS/2 для клавиатуры и мыши , устаревшие порты MIDI и джойстика , интервальный таймер и старые сетевые интерфейсы.

Режим PIO в интерфейсе ATA

Интерфейс PIO сгруппирован в разные режимы, соответствующие разным скоростям передачи . Электрическая сигнализация в разных режимах аналогична — только время цикла между транзакциями сокращается для достижения более высокой скорости передачи. Все устройства ATA поддерживают самый медленный режим — режим 0. Получая доступ к информационным регистрам (с использованием режима 0) на диске ATA, ЦП может определить максимальную скорость передачи данных для устройства и настроить контроллер ATA для оптимальной производительности.

Режимы PIO требуют больших затрат ресурсов ЦП для настройки транзакции данных и передачи данных. Из-за этой неэффективности интерфейс DMA (и, в конечном итоге, Ultra Direct Memory Access ( UDMA )) был создан для повышения производительности. Простая цифровая логика, необходимая для реализации передачи PIO, по-прежнему делает этот метод передачи полезным сегодня, особенно если не нужны высокие скорости передачи, как во встроенных системах , или с микросхемами программируемой вентильной матрицы (FPGA), где режим PIO может использоваться без необходимости. значительная потеря производительности.

Два дополнительных расширенных режима синхронизации были определены в спецификации CompactFlash 2.0. Это режимы PIO 5 и 6. Они специфичны для CompactFlash.

Режимы PIO
Режим	Максимальная скорость передачи (МБ/с)	Минимальное время цикла	Стандарт, в котором определена спецификация
Режим 0	3.3	600 нс	АТА-1
Режим 1	5.2	383 нс	АТА-1
Режим 2	8.3	240 нс	АТА-1
Режим 3	11.1	180 нс	АТА-2
Режим 4	16.7	120 нс	АТА-2
Режим 5	20	100 нс	КомпактФлэш 2.0
Режим 6	25	80 нс	КомпактФлэш 2.0

Режим PIO 5

Был предложен режим PIO 5. ^[3] с работой со скоростью 22 МБ/с, но никогда не был реализован на жестких дисках, потому что процессоры того времени были бы парализованы в ожидании жесткого диска с предложенными таймингами PIO 5, а стандарт DMA в конечном итоге устранил это. Хотя ни один жесткий диск с поддержкой этого режима никогда не производился, некоторые производители материнских плат заранее обеспечили в BIOS его поддержку . Режим PIO 5 можно использовать с картами CompactFlash, подключенными к ATA через адаптеры CF-ATA.

См. также

WDMA (компьютер) – DMA с одним или несколькими словами
AT Attachment – спецификация ATA
Ввод/вывод
Прерывать
Список пропускной способности устройства
КомпактФлэш

Ссылки

^ Хейс, Джон П. (1978). Компьютерная архитектура и организация . Международная книжная компания McGraw-Hill. п. 419. ИСБН 0-07-027363-4 .
^ Столлингс, Уильям (2012). Компьютерная организация и архитектура (9-е изд.). Пирсон.
^ Чен, Джозеф (10 января 1995 г.). «Предлагаемое расширение синхронизации ATA 22 МБ/с для ATA-3» (PDF) . Т10.org . Технический комитет Т10 (Х3Т10). Архивировано (PDF) из оригинала 20 июня 2010 г. Проверено 19 февраля 2020 г.

[CompArchOrg-1] Хейс, Джон П. (1978). Компьютерная архитектура и организация . Международная книжная компания McGraw-Hill. п. 419. ИСБН 0-07-027363-4 .

[2] Столлингс, Уильям (2012). Компьютерная организация и архитектура (9-е изд.). Пирсон.

[ATA_Timing_Extension_For_ATA-3-3] Чен, Джозеф (10 января 1995 г.). «Предлагаемое расширение синхронизации ATA 22 МБ/с для ATA-3» (PDF) . Т10.org . Технический комитет Т10 (Х3Т10). Архивировано (PDF) из оригинала 20 июня 2010 г. Проверено 19 февраля 2020 г.

[1]

[2]

[3]