Теоретические основы операций ввода/вывода

Организация ввода/вывода – это передача данных между оперативной памятью (ОП) и периферийными устройствами (ПУ).

В некоторых случаях в понятие операции ввода/вывода включают обменинформацией между ПУ и процессором (ПР), а также между ПУ и ПУ.Но из-за проблем унификации процедур ввода/вывода, необходимости буферизации передаваемой информации, малого объема внутренней памяти процессора (8 - 16 РОН) обмен информацией между ПУ и ПР, а также между ПУ и ПУ как самостоятельные операции ввода/вывода используются крайне редко. Многие вычислительные системы допускают обмен информацией только с использованием ОП.

Управление вводом/выводом относится к нижнему физическому уровню управления средствами вычислительных систем.На базе операций этого уровня реализуются процедуры верхнего уровня управления, например, процедуры команд операционных систем и программных оболочек: сохранить файл, загрузить файл, копировать файл и т.д.

Для каждого типа ПУ используется устройство управления (контроллер, адаптер), алгоритмы работы которого учитывают индивидуальные особенности данного типа ПУ.

Организация управления вводом/выводом связана с решением ряда задач. Решения части из этих задач зависят от физики работы конкретных ПУ и реализуются на уровне обмена физическими сигналами (в определенные моменты времени формируются импульсы тока или напряжения определенной амплитуды и длительности). На этом уровне решаются следующие проблемы:

· запись информации во внутреннюю память ПУ и чтение из нее,

· управление адресацией внутренней памяти ПУ,

· передача информации между ПУ и контроллером и, частично, контроль процесса ввода/вывода.

Решения другой части задач не зависят от физики работы отдельных ПУ и реализуются на уровне обмена логическими сигналами. На этом уровне решаются проблемы:

· задания кода операции и адреса блока данных в ПУ,

· передачи данных между ПУ и ОП,

· синхронизации передачи данных,

· контроля процесса ввода/вывода,

· активизации и окончания работы ПУ.

Для организации ввода/вывода в контроллерах устройств ввода/вывода предусмотрены специальные регистры (основными являются регистр данных RD и регистр управления RU), а в системе команд – команды ввода/вывода.

Управление вводом/выводом на этом уровне может быть реализовано двумя способами:

· с использованием средств процессора.Такой ввод-вывод называется программным,

· с использованием специальных устройств управления (процессоров ввода/вывода, устройств прямого доступа к памяти ПДП). Такой ввод-вывод называется аппаратным (внепроцессорным, с занятием цикла, с прямым доступом к памяти).