9. Fejezet: Input/Output

Az előadások a következő témára: "9. Fejezet: Input/Output"— Előadás másolata:

1 9. Fejezet: Input/Output
Hardver és Szoftver rendszerek architektúrája: Egy Információ Technológiai Szemlélet 3. kiadás, Irv Englander John Wiley and Sons 2003 Wilson Wong, Bentley College Linda Senne, Bentley College

2 Alapmodell Input Output Feldolgozási sebesség vagy program futtatás
Elsőként meghatározott az I/O műveletek által, hogy egyenesben tartsa a processzort Input Feldolgozás Output 9. Fejezet: Input / Output

3 I/O figyelése Sebesség elosztása Koordinálás
CPU gyorsabban végzi el a műveleteket, mint a leggyorsabb I/O egység Az egységek különböző sebességen hajtják végre a műveleteket Adatszakadás Néhány eszköz igényli az adat átvitel gátlását Koordinálás Számos eszköz egyidejűleg teljesíti az I/O-t Váratlan input Különböző input formátumok Minden eszköznek szüksége van státusz-információkra 9. Fejezet: Input / Output

4 I/O Eszközök interfész megjelenése
Különböző formátumok Párhuzamos interfész Soros interfész Adatok bufferolása Szakadás vs. áramlás Különböző irányítási elvárások elektromechanikai 9. Fejezet: Input / Output

5 Példák I/O egységekre 9. Fejezet: Input / Output

6 Alap I/O konfiguráció 9. Fejezet: Input / Output

7 I/O modulok funkciói Felismeri az egységektől érkező üzeneteket, megcímzi és elfogadja a parancsokat a CPU- tól Biztosít egy tárat a memóriának, amíg azt át nem helyezik a meghajtóra Biztosítja a közvetlen memória áthelyezéséhez szükséges fontos regisztereket Fizikailag irányítja az eszközöket Kimásolja az adatokat a buffer-ból az eszköz számára, vagy a CPU-ból másolja át a buffer-ba Megszakításokat közöl 9. Fejezet: Input / Output

8 Input/Output modulok Programozott I/O Megszakítás vezérlés I/O
CPU által irányított I/O Megszakítás vezérlés I/O Külső input irányítása Közvetlen memória-elérés irányító Módszer az adat átvitelre az eszköz és a főmemória között a CPU átugrásával I/O Modules - responsible for the control of one or more external devices and for the exchange of data between those devices and MM or CPU registers; the I/O module must have an interface internal to the computer and external to the computer; Programmed I/O - data are exchanged between the CPU and the I/O module, CPU has direct control of the I/O operation, when the CPU issues a command to the I/O module it must wait until the I/O operation is complete; Interrupt driven I/O - the CPU issues a command and then continues to execute other instructions and the I/Omodule issues an interrupt when it completes its task - Intel 8255A Programmable Peripheral Interface(single chip, gp I/O module designed for use with the Intel 8086 Direct Memory Access - the I/O module and main memory exchange data directly without CPU involvement; common on Network Boards, CD ROMs, sound boards, floppy drives, whenever large amounts of data are read/written DMA channels only on ISA bus (not PCI bus) 9. Fejezet: Input / Output

9 Programozott I/O I/O adat és cím regiszterek a CPU-ban
Egy parancs továbbítása Címinformáció az összes I/O eszköznek LMC I/O kapacitás 100 eszköznek Teljes utasítás az átvitel és futtatás ciklusnak Elsődleges használat: billentyűzeteknél kommunikáció I/O modulokkal (lásd DMA) 9. Fejezet: Input / Output

10 Programozott I/O 9. Fejezet: Input / Output

11 Programozott I/O példa
9. Fejezet: Input / Output

12 Programozott I/O példa
9. Fejezet: Input / Output

13 Megszakítások Jelzi, hogy a CPU egy utasítás futtatásával módosítja a normál futást Nem kell a CPU-nak az inputra várni Irányítja a külső inputokat Példák Váratlan input Abnormális szituációk Illegális utasítások Párhuzamos munkavégzés, párhuzamos feldolgozás 9. Fejezet: Input / Output

14 A CPU – a megszakítás ciklus
Szállítás / futtatási ciklus Megszakításciklus START Következő utasítás továbbítása Utasítás végrehajtása Várakozás Interruptok kikapcsolása Ellenőrzés/ Feldolgozás megszakítása 9. Fejezet: Input / Output

15 Megszakítás terminológia
Megszakítás-csatornák (hardware) Megszakítás-kérelem Megszakítás-kezelők Program, ami a megszakításokat szolgáltatja Megszakításrutinnak is nevezik Process Control Block (PCB) (Feldolgozást Irányító Blokk) A memória egy részében helyezkedik el, stack- nek is szokták nevezni A program minden regisztere itt tárolódik, mielőtt a szabályzás eljutna a megszakítás kezelőkhöz Pcs generally have 8 or 15 interrupt lines (IRQ1 …. IRQx) In the interrupt cycle the CPU checks to see if any interrupts have occurred, indicated by the presence of an interrupt signal If an interrupt has occurred the CPU 1) saves the context of the current program being executed. 2) sets the PC to the starting address of an interrupt handler program, The CPU then proceeds to the fetch portion of the instruction cycle and fetches the first instruction in the interrupt handler Disabled interrupts - the CPU will ignore interrupt signals ex. when currently executing one interrupt it will ignore any others, 9. Fejezet: Input / Output

16 Megszakítás terminológia
Megszakítás szolgáltatás Feldolgozás alatt felfüggeszti a programot Menti a helyes információkat, beleértve az utoljára futtatott utasítást, és az adat értékeket a PCB regisztereiben Megosztás a megszakítás-kezelők számára 9. Fejezet: Input / Output

17 Egy megszakítás szolgáltatás
9. Fejezet: Input / Output

18 Megszakítások használata
Észreveszi egy külső esemény bekövetkezését Valós idejű vagy idő érzékeny Jel befejezés Nyomatató kész vagy tele a buffer Kiosztja a CPU idejét Időbeosztás Abnormális eseményeket idéz elő Illegális műveletek, hardverhiba Szoftver megszakítás External event notifier - frees CPU from polling, a means for the user to control the computer from an input device, Completion signal - means of controlling the flow of data to an external device, I.E. device will let the CPU know it is ready for (more) data, Allocation of CPU time - to different programs (multi-tasking), an internal clock times the execution of programs and sends an interrupt to the CPU, Abnormal event indicator - power failure, illegal instructions (/ by 0), non-existent OPCODE, Byte error, Internal Interrupts - traps or exceptions Software interrupts - SW simulation of interrupts, address space indicates which interrupt is called (INT), Keyboards use Programmed I/O and Interrupts 9. Fejezet: Input / Output

19 Összetett megszakítás
Azonosítja az egységeket Szavazás (utánanéz az input torlódásnak) Vektoriális megszakítások (tartalmazza a megszakított eszközök címét) Megszakítás prioritás Adatvesztés vs. Művelet-végrehajtás Maszkolható (letiltott) megszakítások 9. Fejezet: Input / Output

20 Vektoriális megszakítások
9. Fejezet: Input / Output

21 Szavazó megszakítások
9. Fejezet: Input / Output

22 Összetett megszakítási példák
9. Fejezet: Input / Output

23 Közvetlen memória hozzáférés
Nagy adatblokkok továbbítása Közvetlen átvitel a memóriák között CPU nem vesz aktívan részt az átviteli körforgásban, folyamatban Kikötéseket igényel a DMA számára Az I/O interfésznek és memóriának kapcsolódnia kell egymáshoz Az I/O modulnak képesnek kell lennie a memóriából olvasni és abba írni Az ütközéseket a CPU és a I/O modulok között el kell kerülni 9. Fejezet: Input / Output

24 DMA utasítás beállítás
A programalkalmazásnak szüksége van az operációsrendszer I/O szolgáltatásaira Megkülönböztetett utasítások A DMA elindításához a programozott I/O- nak a következő utasításokat kell küldeni Adat elhelyezése az I/O egységen A memória elhelyezésének kezdete A blokk nagysága olvasás/írás Megszakítja a CPU-t a befejezéskor 9. Fejezet: Input / Output

25 DMA indítás és irányítás
9. Fejezet: Input / Output

26 Alap CPU-memória-I/O ösvény*
9. Fejezet: Input / Output

27 Busz beállítás 9. Fejezet: Input / Output

28 Busz karakterisztikák
Adatszélességet bitekben egyidejűleg szállítja Eredmény, adatátviteli arány bit/ másodpercben Pontról pontra vs. Többpontos Párhuzamos vs. Soros Használat Távolság Protokoll 9. Fejezet: Input / Output

29 Busz hierarchia Processzor busz: chipen Cache busz (hátsó oldali busz)
Memóriabusz (elülső oldali busz) összekapcsolja a memória alrendszereket és a processzort Helyi I/O busz A magas sebességű buszok a sebességorientáltan működő perifériákat köti össze Példák : PCI, VESA helyi busz Szabvány I/O busz A lassabb perifériákat köti össze (ISA) a helyi I/O buszokkal 9. Fejezet: Input / Output

30 Wintel buszrendszerek
ISA: Industry Standard Architecture MCA: Micro Channel Architecture EISA: Extended Industry Standard Architecture Helyi Busz PCI: Peripheral Component Interconnect (Apple, Sun, Compaq Alpha Server) VLB: VESA (Video Electronics Standards Association) helyi busz AGP: Accelerated Graphics Port Közvetlen csatorna a grafikusvezérlő és a memória között Létezik PCI is 9. Fejezet: Input / Output

31 Compaq 7000 és 10000 rendszer architektúra
9. Fejezet: Input / Output

32 Külső interfész buszok és portok
Párhuzamos portok Soros port RS-232C és RS-422 buszok SCSI Small Computer System Interface USB, USB 2.0 Universal Serial Bus IEEE 1394 Firewire i.link 9. Fejezet: Input / Output

33 SCSI Busz ANSI szabvány, de összetett variációkkal
Inkább I/O busz, mint egy szokásos interfész Megengedi az összetett egységeket szimpla SCSI portról 9. Fejezet: Input / Output

34 USB Multipoint („többpontos”) buszok
A hubok lehetővé teszik az összetett kapcsolati-pontokat az I/O egységeknek 127 eszközt, egységet támogat Topológia példa Root Hub Hub 9. Fejezet: Input / Output

35 USB és FireWire (IEEE 1394) Mindegyik soros, multipoint buszos specifikáció Hozzáadás/törlés egységek w/o lekapcsolása Csomag protokoll „isochronous” adat átvitelhez Isochronous: pontos időben történő szállítás Specifikált eredményeket garantál 9. Fejezet: Input / Output

36 USB vs. FireWire USB: lassú a közepes sebességű adat átviteli alkalmazásokhoz, tárolóegységek 12 Mbits/sec USB 2.0: nagysebességű adatátvitel 480Mbits/sec FireWire: nagysebességű adatátvitel, videók hanggal 400 Mbits/sec-tól 3.2 Gbits/sec-ig 9. Fejezet: Input / Output

37 Tipikus FireWire beállítás
Hálózatjellegű karakterisztika Független egységirányítás 9. Fejezet: Input / Output

38 Csatorna architektúra
Az IBM alapszámítógépeiben használják Csatorna alrendszer leválasztott I/O processzor, ami CPU-ként működik az I/O műveletekhez Csatornavezérlő parancsok Program, ami adatokat szállít a memória és az I/O egységek között DMA-t használva Alcsatornák Egy vagy két csatornán keresztül kapcsolódik egy irányítórendszer modulhoz Hasonló a feladat az egységirányítóhoz 9. Fejezet: Input / Output

39 I/O csatorna architektúra
9. Fejezet: Input / Output

40 Copyright 2003 John Wiley & Sons
All rights reserved. Reproduction or translation of this work beyond that permitted in Section 117 of the 1976 United States Copyright Act without express permission of the copyright owner is unlawful. Request for further information should be addressed to the permissions Department, John Wiley & Songs, Inc. The purchaser may make back-up copies for his/her own use only and not for distribution or resale. The Publisher assumes no responsibility for errors, omissions, or damages caused by the use of these programs or from the use of the information contained herein.” 9. Fejezet: Input / Output