Лекція 17. Системи вводу-виводу План

• Присторої вводу-виводу

• Основні концепціїї

• Опитування пристроїв

• Переривання

• Ввод-вивід з прямим доступом до памяті (DMA)

• Інтерфейс вводу-виводу

• Блочні и Символьні пристрої

• Годинники и таймери

• Синхронний і асинхронний ввод-вивід

• Підсистема ввода-виводу в ядрі ОС

• Структури даних для ввода-виводу в ядрі ОС

• Життєвий цикл запросу на ввод-вивід

• Продуктивність вводу-виводу

Рис. 21.1.  Типова структура загальної шини персонального комп'ютера.

Деякі пояснення до схеми.

IDE – типовий інтерфейс для підключення усередині корпуса комп'ютера через шлейфи внутрішніх жорстких дисків, пристроїв CD – і DVD-ROM. Шлейф має характерну плоску форму, шириною 2 -3 см, дуже малі товщини, із широким роз'ємом. У сучасних комп'ютерах для внутрішніх дисків замість IDE використається більше високошвидкісний інтерфейс SATA.

Контролер і шина SCSI – можливість підключення до одного SCSI-порту ланцюжка (гірлянди) SCSI-пристроїв (дисків, сканерів, пристроїв CD-ROM й DVD-ROM й ін.), кожне з яких має свій, унікальний у даному ланцюжку, номер – SCSI ID від 0 до 9. Зручність інтерфейсу SCSI у тім, що ланцюжок організується із зовнішніх пристроїв, кожне з яких з'єднується SCSI-кабелем з наступної, а останній пристрій у ланцюжку містить включеного термінатора, що позначає кінець ланцюжка. Це зручно при нарощуванні обсягу зовнішньої пам'яті комп'ютера. У таблиці 1 наведено приклад адрес зовнішніх пристроїв персонального комп'ютера.

Таблиця 1. Приклад таблиці адрес зовнішніх пристроїв ПК (частково)
діапазон адрес пристроїв вводу-виводу	пристрій
000-00F	DMA-контролер
020-021	контролер переривань
040-043	таймер
200-20F	ігровий контролер
2F8-2FF	послідовний порт (вторинний)
320-32F	контролер жорсткого диска
378-37F	паралельний порт
3D0-3DF	графічний контролер
3F0-3F7	контролер гнучких дисків (дискет)
3F8-3FF	послідовний порт (первинний)

Опитування пристроїв

Операційна система за допомогою переривань по таймері організує опитування пристроїв – періодичний аналіз стану кожного зовнішнього пристрою. У процесі роботи в стані пристроїв могли відбутися зміни, наприклад, користувач установив флэшку в USB-порт, включив або виключив принтер і т.д. При опитуванні пристроїв ОС визначає стан кожного пристрою, що може бути наступним:

• command-ready - готово до виконання команд;

• busy - зайнято;

• error - помилка.

При виконанні вводу-виводу апаратури організує цикл busy-wait очікування вводу-виводу із пристроєм: якщо пристрій зайнятий, процес чекає його звільнення.

Переривання

Лінія запитів на переривання (interrupt request – IRQ) перемикається пристроєм вводу-виводу, що сигналізує за допомогою запиту на переривання про початок або закінчення вводу-виводу.

Оброблювач переривань одержує сигнал про переривання. Сигнал може бути замаскований (maskable), щоб ігнорувати або затримати переривання – наприклад, якщо переривання відбулося в оброблювачі іншого переривання.

Вектор переривань – резидентний масив, що містить адреси оброблювачів переривань в операційній системі, - використається з метою переадресування переривання для обробки відповідним оброблювачем (handler).

Робота з вектором переривань заснована на пріоритетах зовнішніх пристроїв, що ініціювали переривання.

У таблиці 2 наведено номери переривань у процесорі Intel Pentium.

Таблиця 2. Tаблица номерів переривань у процесорі Intel Pentium
Номер переривання	Опис
0	помилка при розподілі
1	виключення при налагодженні
2	переривання по null
3	крапка зупинки
4	переривання, виявлене INTO
5	виключення по виходу за межі
6	невірний код операції
7	пристрій недоступно
8	подвійне переривання
9	переповнення сегмента співпроцесора
10	невірний сегмент стану завдання
11	сегмент відсутній
12	помилка стека
13	загальне переривання по захисту
14	відмова сторінки
15	(зарезервовано Intel, не використати)
16	помилка в операції із плаваючою крапкою
17	контроль вирівнювання
18	контроль пристрої
19-31	зарезервовано Intel, не використати
32-255	маскуємі переривання