SzA12. A processzor részvételével zajló I/O rendszer

Question 1

Mi az I/O rendszer fogalma?

Answer 1

A processzor-memória együttest a külvilággal összekapcsoló rendszer

Question 2

Fejlődése

Answer 2

• a processzor vezérelte a perifériákat
• az I/O modul vezérelte a perifériákat: wait for flag
• az I/O modul vezérli a perifériákat: megszakításos üzemmódban
• DMA -> közvetlen memória hozzáférés
• Csatorna: I/O célú utasításokat dolgoz fel, közben a központi operatív tárat használja
• I/O processzor: I/O célú utasításokat dolgoz fel, saját operatív tárral rendelkezik

Question 3

I/O fajtái

Answer 3

CPU részvételével programozott I/O

• Az I/O műveleteket a CPU által irányítottan történik
• Az I/O műveletekhez CPU utasítás tartozik
• Előnye: megvalósítás egyszerű
• Hátránya: terheli a CPU-t

CPU nélkül plusz vezérlő egység kerül a rendszerbe, olyan képesség, hogy adatblokkokat tudjon vinni -> vezérlő tudjon:

• memória címeket generálni
• képes legyen a rendszerbuszon adatátvitelre
• képes legyen buszfoglalásra
• buszmester funkció

Question 4

A programozott I/O, a különálló I/O címtér és az I/O port

Answer 4

Fogalma: minden egyes I/O művelethez a processzor egy-egy utasítást hajt végre.

• ugyanazon a címsínen keresztül haladnak a memóriacímek és az I/O címek is (rendszersín)
• létezik egy M/I/O vezérlővezeték, mely megmondja, hogy az adott időpillanatban memória- vagy I/O-cím van a címsínen
• mivel két különálló címtérről van szó, ugyanaz a cím szerepelhet memóriacímként és I/O címként is
• azon regisztereket, amelyeken keresztül a processzor a perifériákkal kommunikálhat, I/O portnak nevezzük
• az I/O port fizikailag a vezérlőkártyában helyezkedik el

Question 5

I/O port regiszterei

Answer 5

• command regiszter
• bemeneti adatregiszer: data input
• data output
• állapot regiszter
• jelenlét ellenőrző regiszter
• eszköz tulajdonságait tartalmazó regiszter (Plug & Play adatok)
• plusz regiszterek

Question 6

A különálló I/O címtér megvalósítása (AC-n keresztül szállítjuk az adatot, lassú)

Answer 6

következmény:

• a memória műveletekre load/store utasítások
• az I/O műveletekre, pedig speciális I/O utasítások szolgálnak. pl.: Intel esetén:
• In X: a processzor olvassa be az X című I/O port adatregiszterét az AC-ba
• Out X: a processzor írja be az AC tartalmát az X című I/O port adatregiszterébe

értékelés:

előny: egyszerű, olcsó a megvalósítása

hátrány: a processzor részt vesz a kommunikációban és az AC szűk keresztmetszetet jelent nagy tömegű I/O számára Ezt az eljárást minden mai architektúra alkalmazza (pl.: billentyűzet, soros és párhuzamos port)

Question 7

A memóriában leképezett I/O címtér

Answer 7

• jellemzője: o a megosztás: a processzor memóriakezelő utasítással (load/store) éri el azt a közös memóriaterületet, amit a periféria is kezelhet o a perifériának hozzá kell férni a rendszersínhez -> igen gyors átviteli sebesség • értékelése: o igen gyors (különálló címtérnél sokkal gyorsabb) o továbbra is a processzornak kell utasításokat végrehajtani az I/O során o Minden mai architektúrában megtalálható • Példa: a PC környezetben képernyő (video) kezelés így műkdik • Megvalósítás: kép65

Question 8

Feltétlen átvitel

Answer 8

• minden feltételtől függetlenül megvalósul az adatátvitel
• a periféria mindig adatátvitelre kész állapotban van
• ellenőrzése sem előtte sem utána nincs szüksége
• semmilyen szinkronizáció nincs a CPU és a periféria között
• tipikus alkalmazásuk: LED, érzékelők lekérdezése, kapcsolók leolvasása
• hátránya: nincs visszacsatolás (pld.: pixelhibáról nem tud az adó)

Question 9

Feltételes átvitel

Answer 9

lekérdezéses (polled I/O „wait for flag), működése:

• I/O státusz flag „ready”
  
  1. CPU beírja az I/O egység parancs regiszterére az utasítást
  2. CPU kiolvassa az I/O státusz flag állapotát
  3. Ha nem „ready2 akkor visszamegyünk a második pontra
  4. Ha „ready” az átvitel végrehajtása
• hátránya: óriási sebesség különbség (2-3 több milliószor is megismétlődhet)

megszakításos I/O átvitel

• cél a CPU tehermentesítése
  
  1. A CPU beírja az I/O port parancsregiszterébe az utasítást
  2. Az I/O felkészül az adatátvitelre
  3. Beállítja az állapotregisztert „ready”
  4. Megszakítás jelzés küldés a CPU-nak
• Utasítás töréspontban – megnézi a megszakítást, megvizsgálja az állapot regisztert
• Megszakítás feldolgozó rutin ez hajtja végre az I/O adatátvitelt. Megszakítás kiszolgálás
• Előnye: kevesebb idő az irányítás
• Továbbra is a CPU vezérli és felügyeli az átvitelt
• A programozott I/O lefoglalja a CPU-t

Question 10

I/O csatorna

Answer 10

• Ez a DMA koncepció kiterjesztése a lassabb perifériák irányában • A csatorna I/O utasításokat kér le a processzorral közös memóriából, majd azokat végrehajtja (nincs saját operatív tára) • A csatorna által vezérelt műveleteket továbbra is a processzor kezdeményezi • Ebben a koncepcióban is léteznek a perifériák irányítására hivatott I/O egységek vagy vezérlőkártyák, s a csatorna ezek munkáját hangolja össze -> a processzor helyébe lép ilyen tekintetben (magát az átvitelt annak kezdete után a csatorna végzi)

Question 11

I/O fajtái

Answer 11

• szelektor csatorna
• multiplexer csatorna

Question 12

Szelektor csatorna

Answer 12

• A gyorsabb perifériákat fogja össze és
• közülük egyidejűleg csupán egy lehet aktív

Question 13

Multiplexer csatorna (byte/blokk multiplexer)

Answer 13

• lassabb perifériákat csatlakoztat
• közülük egyszerre több is aktív lehet