Еволюція функцій введення-виведення.
Етапи розвитку функціонування пристроїв введення-виведення:
Процесор безпосередньо керує периферійними пристроєм.
До пристрою додається контролер або модуль введення-виведення. Процесор використовує програмоване введення-виведення без переривань.
Застосовується та ж конфігурація, що в другому етапі, тільки з використанням переривань. В результаті процесору немає необхідності витрачати час на очікування виконання операцій введення-виведення, що призводить до збільшення продуктивності.
Модуль введення-виведення отримує можливість безпосередньої роботи з пам’яттю з використанням DMA. З’являється можливість переміщення блоків даних в пам'ять або без неї без використання процесора (за виключенням моментів початку і кінця передачі даних).
Модуль введення-виведення удосконалює і стає окремим процесором, що має спеціалізовану систему команд, призначених для введення-виведення. Центральний процесор дає завдання процесору введення-виведення виконати програму введення-виведення, яка знаходиться в основній пам'яті. Процесор введення-виведення здійснює вибірку і виконання відповідних команд без участі центрального процесора. Така процедура дозволяє центральному процесору визначити послідовність виконуваних функцій введення-виведення і бути перерваними тільки при виконанні всієї послідовності.
Модуль введення-виведення володіє своєю локальною пам’яттю і є, по суті, окремим комп’ютером. За такої архітектури керування багатьма пристроями введення-виведення може здійснюватись при мінімальному втручанні центрального процесора. Найчастіше така архітектура використовується для керування зв’язком з інтерактивними терміналами. Процесор бере на себе більшість задач з керування терміналами.
Прямий доступ до памяті.
На рис.17.1 зображено логічну схему прямого доступу до пам'яті. Пристрій прямого доступу до пам'яті здатен дублювати функції процесора, зокрема отримувати від процесора керування системою. Ця можливість необхідна йому для передачі даних по системній шині – як в пам'ять, так і з неї. Модуль DMA використовує системну шину лише в тому випадку, коли процесор не потребує її (в іншому випадку він заставляє процесор тимчасово призупинити свою роботу). Цей спосіб найбільш розповсюджений та іменується захопленням циклу, бо модуль DMA виконує захоплення циклу шини.
Рис.17.1. Блок-схема прямого доступу до пам'яті.
Аспекти проектування пристроїв введення-виведення.
При проектуванні керуються двома цілями.
Досягнення високої ефективності та універсальності.
Ефективність важлива, бо операції введення-виведення часто є причиною утворення затримок в комп’ютерній системі. Вони порівняно з основною пам’яттю і процесором дуже повільні. Одним із способів вирішення цієї проблеми є багатозадачний режим, який дозволяє процесору під час виконання операцій введення-виведення одного процесу працювати над виконанням інших. Застосовують також підкачку. Таким чином, при створенні операційної системи основна увага приділяється пошуку ефективної схеми виконання операцій введення-виведення.
Але саме більше що модна зробити – це застосувати модульний підхід при розробці функцій введення-виведення. Такий підхід дозволяє сховати деталі пристрою, так що процеси користувача звертаються до пристрою тільки з багаторівневими викликами: читання і запис, відкриття і закриття, блокування і розблокування.
Універсальність .
Щоб спростити роботу з пристроями введення-виведення та знизити ймовірність виникання помилок бажано мати можливість однакового керування різними пристроями. Це відноситься як до керування пристроями введення-виведення зі сторони процесів користувача, так і зі сторони ОС.
Але саме більше, що моджна зробити – це застосувати модульний перехід при розробці функцій введення-виведення.