что такое система ввода вывода информации
Система ввода-вывода
Общие положения
В состав любой операционной системы входят программные модули, обеспечивающие управление устройствами ввода-вывода ЭВМ. Эти программные модули называют драйверами устройств, а совокупность драйверов ввода-вывода образует систему ввода-вывода, входящую в состав операционной системы.
Драйвер устройства (Device driver) – программа, обеспечивающая взаимодействие операционной системы с физическим устройством.
Система ввода-вывода (Input-Output System) – часть операционной системы, обеспечивающая управление внешними устройствами, подключенными к ЭВМ.
Основной задачей системы ввода-вывода является обеспечение непрерывной организации (планирования, управления) и двусторонней передачи данных между основной памятью и внешними устройствами с целью достижения максимального перекрытия во времени работы этой аппаратуры и процессора.
Состав систем ввода-вывода и, следовательно, перечень драйверов устройств в различных операционных системах не совпадают, что объясняется имеющимися отличиями в аппаратуре ввода-вывода, а также множеством методов, используемых для управления этой аппаратурой. Вместе с тем в большинстве операционных систем существует некоторое ядро системы ввода-вывода, получившее название базовой системы ввода-вывода.
Базовая система ввода-вывода(BIOS – Basic Input Output System) – часть программного обеспечения ЭВМ, поддерживающая управление адаптерами внешних устройств и представляющая стандартный интерфейс для обеспечения переносимости операционных систем между ЭВМ с одинаковым процессором. Базовая система ввода-вывода, как правило, разрабатывается изготовителем ЭВМ, хранится в постоянном запоминающем устройстве и рассматривается как часть ЭВМ.
При построении систем ввода-вывода аппаратура ввода-вывода рассматривается как совокупность аппаратурных процессоров, которые способны работать параллельно и независимо друг от друга, а также относительно центрального процессора. На таких процессорах развиваются так называемые внешние процессы.
Внешние процессы, используя аппаратуру ввода-вывода, могут взаимодействовать как между собой, так и с внутренними процессами, которые развиваются на центральном процессоре. Важным фактом является то, что скорости развития внешних и внутренних процессов существенно различаются, причем эти различия могут достигать нескольких порядков.
Система управления вводом-выводом представляет собой один или несколько системных процессов (т.е. процессов, принадлежащих операционной системе), обеспечивающих информационное и управляющее взаимодействие внутренних и внешних процессов. Через эту систему происходит инициализация, управление развитием и уничтожение внешних процессов.
С точки зрения внутренних (программных) процессов-пользователей система управления вводом-выводом представляет собой программный интерфейс с необходимыми для этих процессов внешними устройствами. В составе этого интерфейса пользователь имеет возможность выражать запросы на выполнение действий в отношении внешних устройств. При этом различают три типа действий: операции чтения и записи данных, операции управления устройством, операции по проверке состояния устройств. При построении систем управления вводом-выводом руководствуются стремлением сделать большинство ее компонентов «невидимыми» для пользователей, что достигается созданием развитых драйверов внешних устройств с понятным интерфейсом и доступными из любой системы программирования.
Для сглаживания эффекта несоответствия скоростей между внутренними и внешними процессами в системах управления вводом-выводом применяют три основных метода: синхронизация по прерываниям ввода-вывода; буферизация ввода-вывода; блокирование данных.
Для синхронизации параллельной работы могут применяться различные методы, среди которых наиболее совершенными являются средства, основанные на использовании системы прерывания. Канал ввода-вывода через систему прерываний прерывает работу центрального процессора всякий раз при завершении операции ввода-вывода или при возникновении ошибки. Такие сигналы прерывания являются по своему смыслу синхронизирующими, т.к. они используются для оповещения определенного внутреннего процесса о событии, которое произошло при работе канала ввода-вывода или внешнего устройства.
Одной из главных функций ОС является управление всеми устройствами ввода-вывода компьютера. ОС должна передавать устройствам команды, перехватывать прерывания и обрабатывать ошибки; она также должна обеспечивать интерфейс между устройствами и остальной частью системы. В целях развития интерфейс должен быть одинаковым для всех типов устройств (независимость от устройств).
Дата добавления: 2017-01-26 ; просмотров: 4815 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Устройства ввода и вывода информации
Компьютер является всесторонним устройством для переработки данных. Компьютеру для того чтобы переработать данные, нужно каким либо из способов ввести туда. Чтобы реализовать ввод данных, человек создал специальные устройства, первая из них была клавиатура. Оказываясь в компьютере, информация обрабатывается и после этого создается право вывода текущей информации, т.е. вы имеет право визуального понимания информации. Основными устройствами для того чтобы вывести данные стали –монитор, видеоадаптер и принтер. Жесткий диск был создан для того чтобы было куда сохранять обработанные данные после ввода, после этого были созданы магнитные диски и средства оптического хранения.
Устройства вывода информации
Устройства вывода информации – это те устройства, которые переводят информацию с компьютерного языка в формы, понятные для человека. Монитор принтер видеокарта проектор и плоттер, это именно те устройства которые следует отнести к устройствам вывода данных. Чтобы ввести информацию в компьютер нужно пользоваться устройствами ввода Главное их роль – создать воздействие на компьютер. Множества выпускаемых устройств ввода повлекли за собой целые технологии от осязаемых до голосовых. И хотя они функционируют по разному, но предназначение у них одно – дать пользователю связаться с компьютером. Именно благодаря своей компактности и наглядности представления информации человеком было создано устройства ввода графической информации. Основными сторонами использования устройств ввода графической информации являются системы автоматизированного проектирования, обработки изображений, обучения, управление процессами, мультипликации и многие другие.
Монитор
При помощи монитора между человеком и компьютером обеспечивается информационная связь. Первые микрокомпьютеры были с небольшими блоками, в которых не существовало средств представления. У человека был только набор мигающих светодиодов или право распечатки результатов на принтере. Первый компьютерные мониторы были очень примитивны в сравнении с нынешними мониторами. Когда были первые мониторы, текст отображался только в зеленом цвете, но в те годы это считалось очень большим прорывом, потому что человек приобрел возможность в режиме “life” выводить и вводить данные.
Принтер
Создание напечатанной версии документа, вот одна из главных задач компьютера. Именно поэтому принтер является нужным аксессуаром. Принтеры – это устройства вывода данных из ЭВМ, изменившие информационные коды в соответствующие им графические символы и напечатанные на бумаге. Выводя результат работы на лист бумаги, принтер приумножает взаимосвязь между человеком и компьютером. Принтеры по своим скоростным возможностям создают диапазон от самой маленькой до самой большой.
Плоттер
Вывод информации, представленная в графической форме – это одна из главных задач вычислительных средств, используемых для автоматизации проектирования. Плоттер – это устройство, осуществляющие функции вывода графической информации на бумагу и на другие носители.
Проектор
Лампа перераспределяющая свет вместе с концентрацией светового потока на маленькой плоскости называется проектор. Основным элементом данного прибора является лампа, свет которой, поступает через определенные элементы, поступает на экран и создает картинку. Лампа в проекторе является самым основным элементом, свет которого проходит через определенные элементы, поступает на экран и после этого мгновенно создает картинку. На сегодняшний день лампы проектора разделяют на LCD и DLP на основе оттого через какие элементы должен проходить свет. Компактность, а также менее негативное влияние на зрение, вот главные достоинства жидкокристаллических проекторов. Их недостатком является менее насыщенный чёрный цвет. Качественная картинка – это достоинство микрозеркальных проекторов. Утомляемость зрения при продолжительном просмотре – вот главная их слабая сторона
Колонки
Колонки – устройство, которое подключается к компьютеру и служит устройством вывода звуковой информации.
Устройства ввода информации.
Устройства при помощи, которых можно ввести данные в компьютер называется устройства ввода. Осуществить воздействие на компьютер, вот одна из главных задач устройств ввода. Разнообразие выпускаемых устройств ввода повлекли за собой целые технологии от осязаемых до голосовых. И хотя они служат для разного, но предназначены лишь для одного–дать пользователю связаться с компьютером. Благодаря своей компактности и наглядности человек создал устройства ввода.
Клавиатура
Клавиатура является одним из самых основных устройств ввода данных.
MFII вот стандарт клавиатуры в современном мире. Пять групп клавиш, доставляемых свою высокую функциональную поставку, вот что можно отметить в клавиатуре MFII. Специальные клавиши для слепых с осязаемыми точками на клавишах, специальные клавиатуры для складов и магазинов, дававшие устройства для чтения штрихового кода, вот что следует отметить среди других видов клавиатур. Сенсорные клавиатуры, имеющие в своей особенности защиту от опасного влияния, специальные покрытия клавиш дополнительной сенсорной фольгой, клавиатура подходящая для медицинских учреждений со специальными устройствами считывания информации со страховой карты, называются промышленными. В настоящее время появились клавиатуры со специальными клавишами для удобства работы с той или иной операционной системой (ОС), например, клавиатура для Windows 95. Таким образом, выбор клавиатуры зависит от ОС, с которой предлагается работать.
Мышь нужна для ввода данных или одиночных команд, выбираемых из меню. Мышь является небольшой коробочкой с двумя или тремя клавишами, с легкостью передвигающийся в любом направлении. Мышь присоединяется к компьютеру благодаря шнуру и нуждается в особой программной поддержки. Мыши нужна плоская поверхность, для этого были созданы специальные коврики. Мышь – это механический манипулятор, преобразующий движения в управляющий сигнал. В частности сигнал может быть использован для позиционного курсора или прокрутки страниц
Сканеры
Для того чтобы читать графическую информацию с бумажного используется оптические сканеры. Сканируемое изображение считывается и изменяется в цифровую форму элементами дополнительного устройства: CCD – чипами. Сканеры– это устройство, которое, анализируя какой–либо объект, создает цифровую копию изображения объекта, этот процесс называется сканированием.
В данной статье была представлена довольно полная информация об механизмах вывода и ввода данных и о положениях их деятельности. Качество работы современного ПК сложно представить себе без обеспечения его устройствами о которых шла речь, так как они демонстрируют необходимую пользу при работе человека с компьютером, а понимание способов работы вышеперечисленных устройств, создают более продуктивное их пользование.
Ввод/вывод
С информатике, ввод/вывод (в англ. языке часто используется сокращение I/O — input/output) означает взаимодействие между обработчиком информации (например, компьютер) и внешним миром, который может представлять как человек, так и любая другая система обработки информации. Ввод — сигнал или данные, полученные системой, а вывод — сигнал или данные, посланные ею (или из нее). Термин также может использоваться как обозначение (или дополнение к обозначению) определенного действия: «выполнять ввод/вывод» означает выполнение операций ввода или вывода. Устройства ввода-вывода используются человеком (или другой системой) для взаимодействия с компьютером. Например, клавиатуры и мыши — специально разработанные компьютерные устройства ввода, а мониторы и принтеры — компьютерные устройства вывода. Устройства для взаимодействия между компьютерами, как модемы и сетевые карты, обычно служат устройствами ввода и вывода одновременно.
Стоит отметить, что назначение устройства в качестве устройства ввода или вывода зависит от перспективы. Мыши и клавиатуры принимают физическое взаимодействие, осуществляемое человеком-пользователем (кстати, относительно него это будут действия по выводу информации), и превращает его в сигналы, понятные компьютеру. Вывод информации из этих устройств является вводом ее в компьютер. Аналогично, принтеры и мониторы получают на входе сигналы, которые выводит компьютер. Затем они преобразуют эти сигналы в такой вид, который человек сможет увидеть или прочитать. (Для людей-пользователей процесс чтения или просмотра подобных вариантов представления информации является вводом или получением информации).
В компьютерной архитектуре объединение процессора и основной памяти (то есть памяти, из которой процессор может читать и записывать в нее напрямую с помощью особых инструкций) составляет «мозг» компьютера, и с этой точки зрения, любой обмен информацией с этим объединением, например, с дисковым накопителем, подразумевает ввод-вывод. Процессор и его сопутствующие электронные цепи реализуют ввод-вывод с распределением памяти, используемый в низкоуровневом программировании при реализации драйверов устройств.
Высокоуровневая операционная система и программное обеспечение используют другие, более абстрактные концепции и примитивы ввода-вывода. Например, большинство операционных систем реализуют прикладные программы через концепцию файлов. Языки программирования Си и C++, а также операционные системы семейства Unix, традиционно абстрагируют файлы и устройства в виде потоков данных, из которых можно читать и в которые можно записывать, или и то и другое вместе. Стандартная библиотека языка Си реализует функции для работы с потоками для ввода и вывода данных.
Альтернативой специальным простейшим функциям служит монада ввода-вывода, которая позволяет программам просто описывать ввод-вывод, а действия выносятся за рамки программы. Это весьма примечательно, так как функции ввода-вывода имеют побочные эффекты в любом языке программирования, но сейчас получило распространение чисто функциональное программирование.
Содержание
Интерфейс ввода-вывода
Интерфейс ввода-вывода требует управления процессором каждого устройства. Интерфейс должен иметь соответствующую логику для интерпретации адреса устройства, генерируемого процессором.
Установление контакта должно быть реализовано интерфейсом при помощи соответствующих команд типа (ЗАНЯТ, ГОТОВ, ЖДУ), чтобы процессор мог взаимодействовать с устройством ввода-вывода через интерфейс.
Если существует необходимость передачи различающихся форматов данных, то интерфейс должен уметь конвертировать последовательные (упорядоченные) данные в параллельную форму и наоборот.
Должна быть возможность для генерации прерываний и соответствующих типов чисел для дальнейшей обработки процессором (при необходимости).
Компьютер, использующий ввод-вывод с распределением памяти, обращается к аппаратному обеспечению при помощи чтения и записи в определенные ячейки памяти, используя те же самые инструкции языка ассемблера, которые компьютер обычно использует при обращении к памяти.
Режимы адресации
Существует несколько способов, которыми данные могут быть прочитаны или помещены в память. Каждый метод представляет собой режим адресации и имеет собственные преимущества и ограничения.
Режимы адресации делятся на множество типов, как например, прямая адресация, косвенная (непрямая) адресация, непосредственная адресация, индексная адресация, базовая адресация, базово-индексная адресация, предполагаемая адресация и т. д.
Прямая адресация
В этом типе адрес данных сам является частью инструкции. Когда процессор декодирует инструкцию, он получает адрес ячейки памяти, откуда может быть считана (куда может быть записана) требуемая информация.
В данном случае операнд Addr указывает на область памяти, содержащее данные и копирует их в указанный регистр Reg.
Косвенная адресация
В этом случае адрес может храниться в регистре. Инструкции будут обращаться к регистру, содержащему адрес. То есть, для получения данных, инструкция должна декодировать данные соответствующего регистра. Содержимое регистра будет обработано как адрес, используя который, будет считана/записана информация из/в соответствующую область памяти.
Ввод-вывод с распределением (вводимой информации) по портам (памяти)
Ввод-вывод с распределением (вводимой информации) по портам (памяти) обычно требует применения инструкций, специально разработанных для выполнения операций ввода-вывода.
— способы подключения к системной шине различного оборудования;
— процедуры взаимодействия процессора с этим оборудованием;
— команды процессора, предназначенные для обмена данными с внешними устройствами.
Если отвлечься от деталей важных с точки зрения производительности, то логическую схему современного компьютера можно представить традиционным образом, в виде системной шины (магистрали), к которой подключается сам микропроцессор и все устройства компьютера.
Процессор связан с системной шиной большим количеством линий. Из них (в системе ввода-вывода):
За каждым устройством закреплена определенная группа адресов, на которые он должен отзываться. Обнаружив свой адрес на магистрали, устройство, в зависимости от заданного направления передачи данных, либо считывает с магистрали поступившие данные, либо наоборот, устанавливает имеющиеся в нем данные на магистраль. На рисунке 9 представлено подключение устройств компьютера к системной шине
 Видеомонитор Рисунок 9. Подключение устройств компьютера к системной шине |
Все устройства компьютера можно разбить на две категории :
1) Адреса которых не перекрываются с адресами оперативной памяти.
2) Адреса которых перекрываются с адресами ОЗУ К устройствам первой группы: видеобуфер.
К устройствам второй: а) контроллер клавиатуры
Аппаратное разделение осуществляется с помощью сигнала M/IO, который генерируется процессором в любой операций ЗАПИСИ или ЧТЕНИЯ.(M- memory):
— при обращении к памяти или видеобуферу M/IO=1
— к остальным M/IO’=0 Программное разделение:
Команды процессора а) для памяти
Таким образом, при обращении к памяти и к видеобуферу программист может использовать все подходящие по смыслу команды процессора, при этом, работая, например, с видеобуфером, можно не только засылать в него (или получать из него) данные, но и выполнять прямо в видеобуфере любые арифметические, логические и прочие операции.
Исходное значение маски устанавливается программами начальной загрузки компьютера в зависимости от конфигурации вычислительной системы. Типичным является значение A8h, при этом значении маски размаскированными оказываются системный таймер, ктавиатура, мышь, подключенная к первому последовательному порту СОМ1, гибкий диск, а также выход от ведомого контроллера, подключаемый ко входу IRQ2 ведущего. Замаскированы оба паршшельного порта (принтер, подключаемый к порту LPT1, обычно не использует прерываний, а второй параллельный порт часто просто отсутствует) и второй последовательный порт, к которому ничего не подключено. Другими словами, размаскировано все нужное, и замаскировано все ненужное.
В ряде случаев возникает необходимость замаскировать прерывания от системного таймера, который является единственным постоянно активным источником прерываний. Такая ситуация типична, в частности, для автоматизированных измерительных систем, в которых недопустимо прерывать поток данных, поступающих от измерительной установки в компьютер. Любое прерывание процесса приема данных может привесит к потере части принимаемой информации и нарушению работы установки. Для запрета прерываний от таймера надо выполнить такую последовательность команд:
in AL,21h ;Чтение регистра маски
or AL,1 ‘ /Установка 1 в бите О
out 21h,AL ;Запись нового значения маски
Восстановление исходного состояния вычислительной системы с разре- шенными прерываниями от таймера осуществляется следующим образом:
in AL,21h ;Чтение регистра маски
and AL,0FEh ;Установка 0 в бите О
out 21h,AL ;Запись нового значения маски
Основная литература: 1131,737
Дополнительная литература: 1168
2. Назовите устройства, адреса которых перекрываются с адресами ОЗУ.
Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
Bauman National Library
Персональные инструменты
Устройство ввода-вывода
Содержание
Компоненты устройства ввода-вывода
Устройство имеет простые интерфейсы, и должно удовлетворять двум обязательным условиям: [Источник 1]
Драйвер устройств
Цикл жизни драйвера устройств:
Модели построения драйвера устройств:
Рассмотрим каждую из них.
Драйвера на основе поллинга (циклического опроса)устройства имеются, как правило, только у встроенных микроконтроллерных систем, по причине наличия большого срока службы данного прибора. Также такие драйвера затрачивают достаточное количество электроэнергии.
Способы установки драйвера в ядро
Ввода и вывод данных
Ввод и вывод данных можно осуществлять тремя способами.
Способ 2 : драйвер запускает устройство и просит его выдать прерывание по окончании выполнения ввода-вывода данных. После этого, драйвер возвращает управление. Затем ОС блокирует вызывающую программу, если это необходимо, и переходит к выполнению других задач. Когда контроллер обнаруживает окончание передачи данных, он вызывает прерывание, чтобы дать сигнал о завершении операции.
Прерывания часто происходят в очень неподходящие моменты, например во время работы обработчика другого прерывания. Поэтому центральный процессор обладает возможностью запрещать прерывания с последующим их разрешением. Пока прерывания запрещены, любые устройства, закончившие свою работу, продолжают выставлять свои запросы на прерывание, но работа процессора не прекращается, пока прерывания снова не станут разрешены.Побеждает устройство, имеющее наивысший приоритет, которое и обслуживается в первую очередь. Все остальные устройства должны ожидать своей очереди.