E/A-Geräte, Treiber und Hardware-Prinzipien

Die wichtigsten Funktionen von E/A stehen:

• Befehle an Geräte senden.
• Unterbrechungen erkennen.
• Fehlerbehandlung.
• Bereitstellung einer Schnittstelle zwischen den Geräten und dem Rest des Systems:
  • Es sollte einfach und leicht zu bedienen sein.
  • Muss (vorzugsweise) für alle Geräte gleich sein (unabhängig vom Gerät).

Unsachgemäße Verwendung von E/A-Geräten führt oft zu Ineffizienzen im System, die die Gesamtleistung beeinträchtigen.

Prinzipien der Hardware-E/A

Der Ansatz, der berücksichtigt wurde, um die Schnittstelle von der Hardware zu gestalten, besteht darin, die Software vorzustellen, die:

• Befehle akzeptiert.
• Funktionen ausführt.
• Fehler melden kann.

DeviceNet-E/A

Sie lassen sich in zwei Kategorien einteilen:

• Blockgeräte.
• Zeichengeräte.

Die wichtigsten Merkmale der Blockgeräte sind:

• Die Informationen werden in Blöcken fester Größe gespeichert.
• Jeder Block hat seine eigene Adresse.
• Die üblichsten Größen der Blöcke reichen von 128 Bytes bis zu 1.024 Bytes.
• Sie können jederzeit unabhängig von den anderen in einen Block lesen und schreiben.
• Ein typisches Beispiel für Blockgeräte sind Festplatten.

Die wichtigsten Merkmale der Zeichengeräte sind:

• Die Informationen werden als Zeichenstrom übertragen, ohne eine Blockstruktur.
• Kann nicht adressiert werden.
• Verfügt nicht über eine Suchoperation.
• Typische Beispiele für Zeichengeräte sind Zeilendrucker, Terminals, Netzwerkschnittstellen, Mäuse usw.

Gerätetreiber

Die E/A-Einheiten bestehen in der Regel aus:

• Einer mechanischen Komponente.
• Einer elektronischen Komponente, dem Gerätetreiber oder Adapter.

Die gebräuchlichsten Modelle der Kommunikation zwischen CPU und Treibern sind:

• Für die meisten Mikro- und Minicomputer:
  • Das Modell des Systembusses.
• Für die meisten Mainframes:
  • Das Modell der Busse und spezialisierten Computer in E/A-Kanälen und Aufrufen von E/A.

Die Schnittstelle zwischen dem Controller und dem Gerät ist oft sehr niedrig:

• Die Kommunikation erfolgt über einen seriellen Bitstrom, der:
  • Beginnt mit einer Präambel.
  • Setzt sich mit einer Reihe von Bits fort (z. B. von einem Festplattensektor).
  • Und schließt mit einem Code zur Überprüfung oder Fehlerkorrektur.
• Die Präambel:
  • Wird für die Formatierung der Festplatte geschrieben.
  • Enthält die Anzahl der Zylinder und Sektoren, die Sektorgröße und andere ähnliche Daten.

Der Treiber muss:

• Den seriellen Bitstrom in einen Block von Bytes konvertieren.
• Die notwendige Fehlerkorrektur durchführen.
• Den Block in den Hauptspeicher kopieren.

Jeder Controller hat Register, die er zur Kommunikation mit der CPU verwendet:

• Sie können Teil des normalen Speicheradressraums sein: E/A, die dem Speicher zugeordnet ist.
• Sie können einen speziellen Adressraum für die Verwendung von E/A haben, so dass jeder Treiber ein Teil davon ist.

Bei der Annahme kann der Befehl die CPU des Controllers verlassen und sich anderen Arbeiten widmen.

Am Ende des Befehls verursacht der Controller einen Interrupt, um dem Betriebssystem Folgendes zu ermöglichen:

• Die Kontrolle über die CPU zu erlangen.
• Die Ergebnisse der Operation zu überprüfen.