2.5. Способи організації введення / виводу

2.5.1. Введення / висновок з опитування і по перериваннях

Розглянемо більш докладно роботу програми, безпосередньо виконує введення або виведення даних на конкретний пристрій. (Насправді, цією роботою зазвичай займається драйвер пристрою, так що ми фактично розглядаємо логіку роботи драйвера.)

Для визначеності покладемо, що програма повинна видати N байт даних з масиву A на символьне пристрій X. Для операції введення можуть використовуватися ті ж підходи, які будуть розглянуті тут для операції виводу.

Нехай архітектура пристрою представлена ​​регістром даних X.DATA і прапором готовності X.READY. Коли X.READY = TRUE, в регістр X.DATA можна видавати черговий байт даних. Запишемо на псевдокоді, близькою до мови Паскаль, варіанти організації відповідної програми.

а) Введення / висновок без перевірки готовності

i: = 1;

while i <= N do begin

X.DATA: = A [i];

i: = i + 1;

end;

Цей «нахабний» спосіб виведення цілком працездатний, якщо використовується «завжди готовий» пристрій (наприклад, монітор), тобто прапор X.READY завжди правдивий і тому взагалі не потрібен. При спробі використовувати той же підхід для виводу на принтер ми переконалися б, що надруковані будуть лише деякі символи, яким пощастило бути виданими в рідкісні моменти готовності принтера.

б) Введення / висновок з опитування готовності

while not X.READY do

;

Тут доданий цикл очікування, в якому не робиться нічого, крім постійної циклічної перевірки готовності пристрою. Передача даних відбувається тільки тоді, коли пристрій готовий. Оскільки після видачі одного байта пристрій цілком може знову перейти в стан неготовності, слід знову виконувати цикл очікування, поки виданий символ не буде оброблено пристроєм.

Така організація вводу / виводу дозволяє коректно працювати з будь-якими пристроями. Цей спосіб дійсно застосовується в деяких однозадачних системах. Недоліком даного способу є непродуктивна витрата часу на постійне «довбання» прапора готовності. При сучасному співвідношенні швидкостей роботи процесора і периферії, цикл очікування може повторюватися мільйони разів перед видачею кожного байта. Більш того, якщо з якихось причин пристрій взагалі не перейде в стан готовності, то робота всієї системи може бути паралізована нескінченним циклом очікування.

в) Введення / висновок по перериваннях

i: = 1;

while i <= N do begin

X_INT: if not X.READY

return;

X.DATA: = A [i];

i: = i + 1;

Тут зник цикл очікування, замість нього - одноразова перевірка готовності і оператор повернення, якщо не готове.

Куди, власне, відбувається повернення? Щоб це зрозуміти, треба згадати, що даний фрагмент - явно не єдина програма, що працює в даний момент на ЕОМ. Очевидно, операція виведення була розпочата операційною системою за запитом якоїсь програми. Даний фрагмент був викликаний як підпрограма ОС, і повернення означає передачу управління ОС. Як система розпорядиться отриманими часом? Це вже зовсім інше питання, не пов'язаний з введенням / висновком. Наприклад, ОС може переключитися на інший процес. Або, від нічого робити, запустити екранну заставку або програму самотестування.

Але як же бути з кинутої на півдорозі операцією виведення? Для її відновлення буде використано апаратне переривання, яке повинно видати пристрій X при переході в стан готовності. Системний обробник переривання повинен буде передати управління за адресою, позначеному міткою X_INT. Після незайвою додаткової перевірки готовності програма виведення передасть черговий байт на пристрій, потім знову перевірить готовність і, можливо, знову поверне управління системою. Таким чином, виконання введення / виводу розбивається на окремі інтервали роботи при готовності пристрою, що перемежовуються роботою системи, поки пристрій не готовий.

Для пристроїв, що використовують контролер ПДП, можливі варіанти організації роботи залишаються, по суті, тими ж, але тільки використовуються набагато більші операції: замість введення або виведення одного елемента даних виконується ввід / вивід цілого блоку даних, і тільки після цього контролер переходить в стан готовності та генерує переривання.