Obs

uga wej

cia/wyj

cia

• Cele podsystemu wejścia/wyjścia:

– udostępnienie jednakowych metod dostępu do urządzeń
– niezależność programów od urządzenia we/wy
– zwiększenie wydajności

• Podstawowe właściwości urządzeń:

– jednostki przesyłania danych (bajty, bloki)
– sposób dostępu (sekwencyjny, swobodny)
– organizacja przesyłu (synchroniczna lub asynchroniczna)
– współdzielenie (dostęp wyłączny lub wspólny)
– prędkość przesyłu danych
– operacje uprzywilejowane (odczyt, zapis, inne)
– błędy przy wykorzystaniu urządzeń
– kody znaków

Niskopoziomowa obs

uga urz

dze

we/wy

• W starszych systemach przesyłanie danych związane z pracą

urządzeń zewnętrznych było sterowane przez jednostkę
centralną (polling). Uniemożliwiało to wykonywanie w tym
samym czasie obliczeń programu i operacji wejścia/wyjścia

• Typowe sposoby koordynowania pracy jednostki centralnej i

urządzeń wejścia-wyjścia:

– Przesyłanie danych sterowane przerwaniami

– Przesyłanie danych na zasadzie bezpośredniego dostępu do

pamięci (DMA)

Systemy z obs

przerwa

• Procedura przesyłania danych

1. Procesor ustawia odpowiednie rejestry kontrolera urządzenia, po czym

wznawia normalną pracę.

2. Kontroler bada zawartość rejestrów. Jeśli, na przykład zostanie

rozpoznane polecenie czytania, to sterownik zainicjuje przesyłanie
danych z urządzenia do swojego bufora.

3. Gdy przesyłanie danych zostanie zakończone, kontroler za pomocą

przerwania informuje CPU, że zakończył operację.

4. Procesor wstrzymuje bieżącą pracę i rozpoczyna procedurę obsługi

przerwania.

5. Procedura obsługi przerwania przesyła dane z lokalnego bufora

kontrolera do pamięci głównej.

6. Następuje pobranie zapamiętanego adresu powrotnego i wznowienie

przerwanych obliczeń, tak, jakby przerwania nie było.

Systemy z obs

przerwa

(c.d.)

procesor

wykonywanie
procesu

użytkownika

obsługa
przerwań
wejścia-wyjścia

bezczynne

przesyłające

urządzenie

wejścia-
wyjścia

zamówienie

wejścia-wyjścia

przesłanie

wykonane

zamówienie

wejścia-wyjścia

przesłanie

wykonane

Bezpo

redni dost

p do pami

•

Przeznaczony dla blokowych urządzeń wejścia-wyjścia

•

DMA – Direct Memory Access

•

Kontroler urządzenia przesyła bezpośrednio cały blok danych między
własnym buforem a pamięcią – bez interwencji procesora.

• Przerwanie wypada jeden raz na cały blok danych, a nie po przesłaniu

każdego bajtu

•

Przebieg procedury przesłania danych:

1. Przy żądaniu przesłania danych ustalany jest bufor dla operacji. Może to być pusty

bufor wejściowy lub pełny bufor wyjściowy.

2. Adres bufora umieszcza się w rejestrach kontrolera DMA, po czym za

pośrednictwem rejestru kontrolnego kontroler dostaje polecenie wykonania operacji
wejścia-wyjścia.

3. Po zakończeniu kontroler wysyła przerwanie do procesora.

Struktura obs

ugi WE/WY

Użytkownik

Procedura obsługi urządzenia

Procedura we/wy

Programowy sterownik urządzenia

Sterownik urządzenia

Urządzenie

PROGRAMOWY

STEROWNIK URZĄDZENIA

ŻĄDANIE

WE/WY

PROCEDURA

WE/WY

PROCEDURA

OBSŁUGI

URZĄDZENIA

PROCEDURA

PRZERWANIA

PROCES

UŻYTKOWNIKA

SYSTEM

OPERACYJNY

Niezale

ść

obs

ugi

•

Programy realizują dostęp nie do rzeczywistych urządzeń, lecz
tzw. strumieni (urządzeń wirtualnych), bez uwzględniania
fizycznych charakterystyk konkretnych urządzeń.

•

Korzystanie ze strumienia:

–

otwarcie strumienia (wpis w tablicy strumieni wykorzystywanych
przez proces)

–

Wykonanie operacji we/wy

–

Zamknięcie strumienia

•

Przykład:

char buf[7]=”ABCDEF”;

FILE*str = fopen(”PRN:”,”wt”); /* lub ”C:\TEST.TXT” itp. */

if(!str) {

printf("Błąd otwarcia !");

return 0;}

fwrite(buf, 6, 1, str);

fclose(str);

Procedura wej

cia/wyj

cia

•

Parametry:

– identyfikator strumienia
– rodzaj operacji (odczyt, zapis, formatowanie)
– ilość przesyłanych danych
– adres obszaru danych
– znacznik zakończenia

•

Niektóre systemy dopuszczają dwa rodzaje obsługi we/wy:

–

z blokowaniem (proces czeka na zakończenie operacji)

–

bez blokowania (proces kontynuuje działanie, zakończenie operacji jest sygnalizowane)

•

Algorytm procedury we/wy:

procedure ProceduraWEWY(strumień, operacja, ilość_danych,

adres_danych, znacznik_zakończenia)

begin

szukaj urządzenia w tablicy strumieni procesu;
sprawdź zgodność parametrów z deskryptorem urządzenia;
if złe parametry then zakończ z błędem;
umieść parametry w bloku zamówień WE/WY;
dołącz blok zamówień do kolejki zamówień urządzenia;

end;

Procedura obs

ugi urz

dzenia

•

Realizacja zamówień z kolejki

•

Algorytm (

Operacja wejścia

)

forever

begin

repeat until są zamówienia;

wybierz blok z kolejki;

inicjuj operację WE na podstawie danych z bloku;

czekaj na wykonanie operacji;

sprawdź status błędu;

[konwertuj znaki]

[umieść dane pod adresem docelowym]

[ustaw znacznik zakończenia]

usuń

blok z kolejki

end;

IDENTYFIKATOR

LISTA ROZKAZÓW

STAN URZĄDZENIA

TABLICE

KONWERSJI

ZNAKÓW

KOLEJKA

ZAMÓWIEŃ

DOSTĘPU

DESKRYPTOR

URZĄDZENIA

BLOKI ZAMÓWIEŃ

WE/WY

OPERACJA
ILOŚĆ
ADRES
ID PROCESU
ZNACZNIK
ZAKOŃCZENIA

Buforowanie

•

Dane wejściowe są pobierane przez system i umieszczane w buforze
wejściowym, skąd mogą być pobrane przez proces użytkownika.
Faktyczny dostęp do urządzenia jest realizowany w momencie
opróżnienia bufora.

•

Dane wyjściowe umieszczane są w buforze wyjściowym, zaś
system operacyjny wysyła je do urządzenia dopiero po zapełnieniu
bufora

PROCES

UŻYTKOWNIKA

DANE

WEJŚCIOWE

DANE

WYJŚCIOWE

BUFOR

WEJŚCIOWY

URZĄDZENIE

WEJŚCIA/

WYJŚCIA

BUFOR

WYJŚCIOWY

•

Podwójne buforowanie

Urz

dzenia podzielne i niepodzielne

•

Urządzenia podzielne to takie, do których dostęp może mieć jednocześnie
wiele procesów, zaś kolejka zamówień jest realizowana na bieżąco, zgodnie
z napływem zgłoszeń.

•

Urządzenia niepodzielne nie dopuszczają przeplatania przesyłanych
danych.

– Jeden proces ma do takiego urządzenia wyłączny dostęp od chwili otwarcia do

zamknięcia strumienia.

– Gdy urządzenie niepodzielne jest zajęte przez proces, zamówienia od innych

procesów nie są realizowane, zaś procesy te muszą oczekiwać na zwolnienie
urządzenia.

Spooling

• Ogranicza skutki blokowania procesów korzystających z

urządzenia niepodzielnego

•

Dane nie są przesyłane wprost do urządzenia niepodzielnego, lecz do
urządzenia pośredniego.

•

Spooler obsługuje dane przechowywane na urządzeniu pośrednim i
wysyła je do urządzenia docelowego wtedy, kiedy jest ono wolne.

OperacjaWY

OperacjaWE

Dane gotowe

PROCES

PLIK

DYSKU

SPOOLER

OperacjaWY