Vitajte na [www.pocitac.win] Pripojiť k domovskej stránke Obľúbené stránky
1. Prenos údajov:
* Dátové vyrovnávanie: Dočasne ukladá údaje, ktoré sa prenášajú medzi zariadeniami CPU a I/O. To kompenzuje rozdiely rýchlosti medzi procesorom a pomalšími periférnymi zariadeniami, čo bráni CPU v nečinnosti pri čakaní na I/O operácie.
* režimy prenosu údajov: Podporuje rôzne režimy prenosu údajov na optimalizáciu výkonu na základe požiadaviek zariadenia a aplikácie:
* Programované I/O: CPU priamo riadi prenos údajov. Jednoduché, ale neefektívne, pretože CPU je silne zapojený.
* prerušené I/O: I/O zariadenie signalizuje CPU (pomocou prerušenia), keď je pripravené na prenos údajov. Efektívnejšie ako naprogramované I/O, pretože CPU môže pri čakaní na I/O zariadenie vykonávať iné úlohy.
* Priamy prístup k pamäti (DMA): Umožňuje I/O zariadenia prenášať údaje priamo do/z pamäte bez zásahu CPU. Toto je najúčinnejšia metóda pre vysokorýchlostné prenosy údajov (napr. Diskové jednotky, sieťové karty).
2. Adresovanie a výber zariadenia:
* Dekódovanie adresy: I/O rozhranie dekóduje adresy na identifikáciu konkrétneho zariadenia I/O, s ktorým chce CPU komunikovať. Každému zariadeniu je priradená jedinečná adresa alebo rozsah adries.
* Výber zariadenia: Rozhranie umožňuje vybraté zariadenie aktiváciou príslušných riadiacich signálov (napr. ChIP Select, Enable).
3. Signály riadenia a stavu:
* ovládacie signály: CPU používa ovládacie signály na oznámenie I/O zariadenia, čo má robiť (napr. Čítať, písať, hľadať). Bežné kontrolné signály zahŕňajú:
* čítanie/zápis (r/w): Určuje, či CPU číta údaje zo zariadenia alebo zapisuje údaje do zariadenia.
* Chip Select (CS): Vyberie konkrétne I/O zariadenie.
* Povoliť (en): Aktivuje I/O zariadenie.
* Stavové signály: I/O zariadenie používa stavové signály na informovanie CPU o jeho súčasnom stave (napr. Ready, Busy, Error). Bežné signály stavu zahŕňajú:
* pripravené/zaneprázdnené: Označuje, či je zariadenie pripravené na prenos údajov.
* Chyba: Signály, že počas I/O operácie sa vyskytla chyba.
* Prerušenie žiadosti (IRQ): Signály pre CPU, že zariadenie potrebuje pozornosť (napr. Dáta sú pripravené, došlo k udalosti).
4. Manipulácia s prerušením:
* Generovanie požiadaviek na prerušenie: I/O zariadenie generuje signál žiadosti o prerušenie, keď vyžaduje pozornosť CPU.
* prerušenie priorít: Rozhranie často obsahuje ovládač prerušenia, ktorý uprednostňuje požiadavky na prerušenie z rôznych zariadení. To zaisťuje, že najprv sa zaobchádza s dôležitejšími prerušeniami.
* prerušenie vektorovej tabuľky: Ovládač prerušenia používa tabuľku prerušenia vektora na určenie adresy rutiny obsluhy prerušenia pre každé zariadenie.
5. Správa autobusov:
* Arbitráž zbernice: Ak viac zariadení zdieľa rovnakú zbernicu, I/O rozhranie môže obsahovať logiku arbitráže zbernice na určenie, ktoré zariadenie získa prístup do zbernice v ktoromkoľvek danom čase. Tým sa bráni korupcii údajov a zaisťuje riadnú komunikáciu.
* načasovanie autobusu: Rozhranie zaisťuje, že údaje sa správne prenášajú riadením načasovania signálov v zbernici.
6. Štandardizácia a protokoly:
* štandardizované rozhrania: Moderné I/O rozhrania sú často založené na priemyselných normách, ako napríklad:
* PCIe (periférne komponenty Interconnect Express): Vysokorýchlostné sériové rozhranie používané na pripojenie grafických kariet, sieťových kariet a iných periférnych zariadení.
* USB (Universal Serial Bus): Všeobecne používané sériové rozhranie na pripojenie rôznych zariadení vrátane klávesníc, myší, tlačiarní a úložných zariadení.
* sata (sériové ata): Sériové rozhranie na pripojenie pevných diskov a jednotiek v tuhom stave.
* ethernet: Sieťové rozhranie na pripojenie k miestnym sieťam (LAN).
* Protokoly: I/O rozhranie implementuje špecifické komunikačné protokoly, aby sa zabezpečilo, že údaje sa prenesú správne a efektívne. Príklady zahŕňajú:
* TCP/IP (Protokol prenosového riadenia/internetový protokol): Pre sieťovú komunikáciu.
* AHCI (Rozhranné rozhranie hostiteľského radiča): Pre zariadenia SATA.
* SCSI (rozhranie malého počítačového systému): Na pripojenie úložných zariadení.
7. I/O mapované I/O vs. I/O:
* MAMPAPMAPIDA I/O: I/O zariadenia sú priradené adresy v rovnakom adresnom priestore ako pamäť. CPU používa rovnaké pokyny na prístup k pamäťovým aj vstupným zariadeniam.
* Port-mapované I/O (alebo izolované I/O): I/O zariadenia sú priradené adresy v samostatnom priestore I/O adresy. CPU používa špeciálne I/O pokyny (napr. „In“, `out` v architektúre x86) na prístup k I/O zariadeniam.
8. Manipulácia s chybami:
* Detekcia chýb: Rozhranie obsahuje mechanizmy na detekciu chýb počas prenosu údajov. Tieto mechanizmy môžu zahŕňať kontrolu parity, kontrolné súčty alebo kódy CRC (cyklická redundancia).
* Hlásenie chýb: Ak sa zistí chyba, rozhranie nahlási chybu CPU alebo operačnému systému.
9. Správa energie:
* I/O rozhranie môže obsahovať funkcie správy napájania na zníženie spotreby energie, keď je zariadenie nečinné alebo sa nepoužíva. To môže zahŕňať vloženie zariadenia do režimu nízkoenergetického spánku alebo zakázanie určitých funkcií.
10. Abstrakcia a ovládače zariadení:
* Ovládače zariadení: Operačné systémy používajú ovládače zariadení na zabezpečenie štandardizovaného rozhrania pre vstupnoeplné zariadenia. Vodič zariadenia spracováva podrobnosti o nízkej úrovni o komunikácii so zariadením, čo umožňuje aplikáciám prístup k zariadeniu abstraktnejším spôsobom a nezávislým od platformy.
* abstrakcia: Rozhranie I/O v spojení s ovládačmi zariadení abstraktuje zložitosť základného hardvéru a predstavuje jednoduchšie rozhranie pre aplikácie. To umožňuje aplikáciám pracovať s rôznymi vstupno -výstupnými zariadeniami bez toho, aby bolo potrebné poznať špecifiká každého zariadenia.
V súhrne je I/O rozhranie sofistikovaným a rozhodujúcim komponentom zodpovedným za riadenie komunikácie medzi procesorom, pamäťou a periférnymi zariadeniami. Medzi jeho kľúčové funkcie patrí prenos údajov, adresovanie, správa riadiacich signálov, manipulácia s prerušením, správu zbernice, štandardizácia, spracovanie chýb, správa energie a abstrakcia prostredníctvom ovládačov zariadení. Neustály vývoj rýchlejších, efektívnejších a univerzálnejších interpretačných rozhraní je nevyhnutný na zlepšenie celkového výkonu a schopností moderných výpočtových systémov.