Канал обмена информацией (ввода-вывода) — это функциональный элемент, служащий для организации связи и управления обменом между ПУ и внутренней памяти машины.
Основные функции канала ввода-вывода (КВВ) сводятся к организации логической связи между ПУ и центральными устройствами на время передачи информации; организации управления автономной работы ПУ; буферизации данных и преобразованию форматов в процессе обмена; контролю передаваемой информации; определению текущих адресов ОЗУ, по которым должна записываться или считываться подлежащая передачи информация; выработке последовательностей синхронизации и управляющих последовательностей синхронизирующих и управляющих сигналов; организации завершения ввода-вывода и отключению ПУ.
Для организации процесса обмена информацией между ПУ и ОЗУ необходимо сформировать и передать компоненты систем ввода-вывода (СВВ) управляющую информацию, которая определяет тип выполненной операции ввода-вывода; адрес номер ПУ, участвующего в операции; внутренний (вторичный) адрес ПУ, т.е. адрес данных или адрес участка носителя информации; область ОЗУ, где храниться информация для вывода или куда должна заносить информация при вводе.
Объем и форма управляющей информации носит специфический характер для каждого конкретного вида ПУ, а способ передачи ее компонентам СВВ зависит от принципов организации СВВ в машине. Однако принцип модульности требует, чтобы КВВ передавал эту информацию в стандартном для всех ПУ виде; при этом расшифровка информации возлагается на схемы управления самих ПУ.
В процессе выполнения операции может происходить изменение состояния автономно работающих компонентов СВВ, что может влиять на ход выполнения операции. Так, если в какой то момент времени неисправность в ПУ или происходит еще какое либо событие, нарушающее обычный ход операции ввода-вывода (авария, ошибка, кончилась бумага), то КВВ должен получить соответствующую информацию от компонентов СВВ, проанализировать ее и передать процессору для принятия решения о дальнейшем ходе вычислительного процесса.
По способу аппаратно-программной реализации каналы делятся на выделенные (реализованные аппаратными средствами) и встроенные (реализованные программными средствами). Выделенные каналы позволяют для организации параллельной работы с процессором использовать механизм приостановок (аппаратные прерывания) и тем самым обеспечить высокую степень совмещения операции обработки ввода-вывода. Встроенные каналы используют аппаратуру процессора на основе разделения времени, поэтому возможность совмещения операций здесь существенно меньше. Встроенный КВВ реализует либо полностью несовмещенный ввод-вывод, либо совмещение осуществляется посредствам прерывания программы (программное прерывание). В первом случае все операции по обработке откладываются до завершения операции ввода-вывода, КВВ занимает аппаратуру процессора на все время операции. Во втором случае функции канала реализуются процессором на основе разделения времени. Как только ПУ готово к передаче данных, оно передает запрос на передачу данных. Получив этот запрос процессор прерывает выполнение свой программы, запоминает содержимое регистров для организации возврата и производит загрузку программы ввода-вывода. Затем происходит передача одного слова или пакета слов между ПУ и ОЗУ под управлением программы ввода-вывода, модифицируется содержимое регистров, производится запоминания текущего содержимого регистров для последующего продолжения программы ввода-вывода и осуществляется возврат к программе обработки. Для упрощения этого процесса в компьютере реализована Cache-память.
По способу обращения к ОЗУ КВВ подразделяют на каналы с прямым и косвенным доступом. При прямом доступе КВВ имеет собственные схемы обращения к ОЗУ, поэтому прерывание работы процессора происходит только при одновременном обращении к ОЗУ как со стороны канала, так и со стороны процессора. При косвенном доступе используются общие для процессора и канала схемы обращения к ОЗУ. В этом случае прерывание процессора возникает при каждом обращении КВВ к ОЗУ.
По режиму обслуживания ПУ все КВВ делятся на селекторные и мультиплексные, последние бывают байт и блок-мультиплексными. Средства селекторного канала монопольно используются одним ПУ в течение всей операции ввода-вывода; средства мультиплексных каналов — используются периферийными устройствами на основе разделения времени.
