Подсистема ввода-вывода

Устройства ввода-вывода по функциональному назначению принято делить на три основные группы:

1. Устройства, работающие с пользователем – обеспечивают связь пользователя с компьютером (принтеры, дисплей, клавиатура, манипуляторы и др.)

2. Устройства, работающие с компьютером – обеспечивают связь с электронным оборудованием (дисковые устройства, датчики, контроллеры, преобразователи и др.)

3. Коммуникации – обеспечивают связь с удаленными устройствами в сети

(модемы, сетевые платы и др.)

Типы устройств по принципам функционирования

1. Блочные – хранящие информацию в виде адресуемых блоков фиксированного размера и позволяющие работать с каждым блоком независимо от других блоков(дисковые устройства)

2. Символьные, принимающие или предоставляющие поток символов без какой-либо структуры(модемы, принтеры, сетевые карты)

Основными отличиями современных устройств ввода-вывода являются:

• Скорость передачи данных(может достигать нескольких порядков)

• Функциональное применение – каждое действие, поддерживаемое устройством, оказывает влияние на ПО, что требует использования различных программ для эксплуатации разных устройств

• Сложность управления – чем сложнее функционал устройства, тем сложнее им управлять

• Единицы передачи данных (могут передаваться блокам или непрерывным потоком)

• Представление данных – различные устройства используют разные схемы кодирования данных

• Условия ошибок, основанные на их различной природе. Способ сообщения об ошибках и их последствиях резко отличаются у различных устройств.

Типовое устройство ввода-вывода обычно состоит из электромеханической и электронной частей. Их обычно выполняют в форме отдельных модулей – собственно устройства и контроллер. В современных ПК контроллер принимает форму платы, вставляемой в слот расширения определенного стандарта. Различным компаниям это позволяет выпускать продукцию одного и того же назначения, независимо друг от друга, опираясь только на официальные стандарты для данных устройств.

Интерфейс между контроллером и устройством является интерфейсом низкого уровня и зависит от типа данного устройства.

Каждый контроллер взаимодействует с драйвером, предназначенным для управления данным устройством. Для работы с драйвером контроллер имеет несколько регистров, а возможно и наличие буфера данных. Каждому регистру назначается порт ввода-вывода. Используя регистры контроллеров ОС может узнать состояние устройств, а также выдать команду управления на принятие и передачу данных.

Основные функции подсистемы ввода-вывода

Основные компоненты: драйверы, файловая система, система прерываний.

1. Организация параллельной работы устройств ввода-вывода и процессора.

2. Согласование скоростей обмена и кэширования данных

3. Разделение устройств и данных между процессами

4. Обеспечение удобного логического интерфейса между устройствами и остальной частью системы

5. Поддержка широкого спектра драйверов с возможностью простого включения в систему нового драйвера

6. Динамическая загрузка и выгрузка драйверов

7. Поддержка нескольких файловых систем

8. Поддержка синхронных и асинхронных операций ввода-вывода.