E/A-Module: Funktionen und Struktur

Arten von E/A-Modulen

• Für Menschen lesbar
  • Wird für die Kommunikation mit dem Benutzer verwendet.
  • Beispiele: Drucker, Terminals (Bildschirm, Tastatur, Maus).
• Maschinenlesbar
  • Wird für die Kommunikation mit elektronischen Geräten verwendet.
  • Beispiele: Laufwerke, Sensoren, Aktoren, Treiber.
• Kommunikation
  • Wird für die Kommunikation mit anderen Geräten verwendet.
  • Beispiele: Bluetooth-Geräte, Modems, Treiber für digitale Leitungen.

Unterschiede zwischen E/A-Geräten

• Datenübertragungsrate: Kann um mehrere Größenordnungen variieren.
• Anwendung:
  • Eine Festplatte zum Speichern von Dateien erfordert Softwareunterstützung für die Dateiverwaltung.
  • Eine Festplatte als Hintergrundspeicher für Seiten in einem virtuellen Speicher hängt von der Hard- und Software des virtuellen Speichers ab.
  • Ein Terminal, das von einem Systemadministrator verwendet wird, kann eine höhere Priorität haben.
• Komplexität der Steuerung
• Übertragungseinheit: Daten können als Strom von Bytes oder Zeichen (z. B. bei einem Terminal) oder in größeren Blöcken (z. B. bei einer Festplatte) übertragen werden.
• Datendarstellung: Unterschiedliche Kodierungsschemata.
• Fehlerbedingungen: Geräte reagieren unterschiedlich auf Fehler.

E/A-Techniken

• Geplantes E/A: Das Programm wartet, bis der Vorgang abgeschlossen ist.
• E/A mit Interrupts:
  • Das E/A-Modul sendet ein Interrupt-Signal, wenn es seine Arbeit abgeschlossen hat.
  • Der Prozessor kann währenddessen andere Anweisungen ausführen.
• Direct Memory Access (DMA):
  • Ein DMA-Modul steuert den Datenaustausch zwischen dem Hauptspeicher und einem E/A-Modul.
  • Der Prozessor sendet eine Anforderung für einen Datenblock an das DMA-Modul und wird nur unterbrochen, wenn der gesamte Block übertragen wurde.
  • Der Prozessor muss keine Zeit mit Warten auf eine E/A-Operation verschwenden.
  • Blöcke von Daten werden ohne Beteiligung des Prozessors in den Speicher verschoben.
  • Der Prozessor ist nur zu Beginn und am Ende der Übertragung beteiligt.

Direct Memory Access (DMA)

• Der Prozessor delegiert den E/A-Betrieb an das DMA-Modul.
• Das DMA-Modul überträgt die Daten direkt in den oder aus dem Speicher.
• Wenn die Übertragung abgeschlossen ist, sendet das DMA-Modul ein Interrupt-Signal an den Prozessor.

Puffer E/A

• Gründe für diese Strategie:
  • Prozesse müssen auf die Durchführung der E/A-Operation warten.
  • Einige Seiten sollten während des E/A-Betriebs im Hauptspeicher verbleiben.
• Blockorientiert:
  • Speichert Informationen in Blöcken fester Größe.
  • Übertragungen erfolgen Block für Block.
  • Wird für Festplatten und Bänder verwendet.
• Zeichenstromorientiert:
  • Überträgt Informationen als Byte-Strom.
  • Wird für Terminals, Drucker, Kommunikationsports, Mäuse und andere Zeigegeräte verwendet, die keinen Sekundärspeicher haben.

Alben

Die wichtigsten Vorteile bei der Nutzung des Hauptspeichers und der Speicherung sind:

• Viel größere Speicherkapazität.
• Niedrigerer Preis pro Bit.
• Die Informationen gehen nicht verloren, wenn der Computer heruntergefahren wird.

Hardware für Alben

Die Festplatten sind in Zylinder, Spuren und Sektoren organisiert. Alle Sektoren haben die gleiche Anzahl von Bytes. Die Sektoren in der Nähe des Rands der Festplatte sind physisch größer als die in der Nähe des Zentrums. Der Treiber kann mehrere Einheiten gleichzeitig suchen:

• Überlappende Suche: Während der Softwaretreiber auf eine Einheit wartet, kann der Controller eine Suche in einer anderen einleiten.
• Viele Treiber können gleichzeitig eine Einheit lesen oder schreiben und an anderer Stelle suchen.