Architettura dei sistemi di elaborazione (Input/Output parte 1)

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1 Architettura dei sistemi di elaborazione (Input/Output parte 1)

2 Sottosistema di I/O Il sottosistema di I/O è la parte attraverso la quale si esplica la comunicazione tra il calcolatore e il mondo esterno. Ne fanno parte: - dispositivi per la comunicazione uomo-macchina (video, stampanti, mouse, ecc.) - dispositivi di memoria secondaria (unità a dischi, a nastri magnetici, ecc.)

3 Sottosistema di I/O Ogni dispositivo di I/O è collegato al bus di sistema attraverso una interfaccia (o controllore), che realizza l adattamento logico e fisico tra le periferiche e il calcolatore. Dal punto di vista logico, l interfaccia deve: fornire porte di ingresso per i dati che devono essere inviati alla CPU, le porte di uscita per i dati che devono essere trasferiti alla periferica (in entrambi i casi è coinvolto il data bus); essere in grado di decodificare istruzioni e indirizzi delle porte da utilizzare (le istruzioni viaggiano sul control bus, gli indirizzi sull address bus); fornire eventuali registri o buffer di appoggio per i comandi alla periferica; tenere traccia dello stato della periferica e delle eventuali condizioni di malfunzionamento o di errore, consentendone la lettura (segnali di stato es. BUSY e READY).

4 Interfaccia di I/O Decodificatore degli indirizzi Registri dei dati e di stato Circuiti di controllo

5 Registri di una Interfaccia di I/O Registro di Stato con: flag di sincronizzazione SIN SOUT Registri di Scambio Dati DATAIN DATAOUT

6 Circuiti di Interfaccia 1 L interfaccia di I/O è costituita dalla logica necessaria a trasferire i dati fra bus a dispositivo. Dal lato del dispositivo di I/O può essere di tipo PARALLELA o SERIALE, dal lato del bus è sempre parallela.

7 Funzioni di una interfaccia di I/O fornire un buffer di memoria nei confronti del processore e del dispositivo di I/O contenere i flag di stato utili al processore per capire se il buffer è pieno/vuoto decodificare gli indirizzi con cui viene identificato il dispositivo di I/O generare i segnali di temporizzazione richiesti dallo schema di controllo del bus eseguire le conversioni di formato richieste per il trasferimento dei dati (es. seriale - parallelo)

8 Esempio di Interfaccia di I/O

9 Controllori dei diapositivi Monitor Bus Componenti sistema I/O di un semplice PC

10 Driver dei Dispositivi (Device Drivers) Tipico funzionamento di un driver : 1. Inizializza il dispositivo 2. Accetta richieste di operazioni e ne controlla la correttezza 3. Gestisce le code delle richieste che non possono essere subito servite 4. Sceglie la prossima richiesta da servire e la traduce in una sequenza S di comandi a basso livello da inviare al controllore 5. Trasmette i comandi in S al controllore eventualmente bloccandosi in attesa del completamento dell esecuzione di un comando 6. Controlla l esito di ciascun comando gestendo eventuali errori 7. Invia l esito dell operazione ed eventuali dati al richiedente

11 Software di I/O Indipendente dal dispositivo Interfaccia uniforme per i driver Bufferizzazione Segnalazione degli Errori Allocazione e rilascio delle risorse Block size indipendente dal dispositivo Funzioni del software di I/O indipendente dal dispositivo

12 1 Software di I/O Indipendente dal dispositivo Le richieste ai driver vengono invocate usando una interfaccia uniforme per tutti i driver della stessa classe driver di dispositivi a blocchi, a caratteri I driver possono richiedere operazioni al kernel attraverso un insieme di funzioni uniforme fissato allocazione di aree di memoria fisica contigua per i buffer interazione con il controllore DMA, la MMU

13 Software di I/O Indipendente dal dispositivo (a) Input non bufferizzato (b) Input bufferizzato in spazio utente (c) Input bufferizzato nel kernel, seguito da una copia in spazio utente (d) Doppia bufferizzazione nel kernel

14 Software di I/O Indipendente dal dispositivo La trasmissione attraverso la rete può comportare molte copie

15 Interfacciamento Memory-Mapped (a) Spazi di memoria ed I/O separati (b) Memory-mapped I/O (c) Modello ibrido

16 Interfacciamento Memory-Mapped (a) Architettura con singolo bus (b) Architettura con due bus (un bus è dedicato ai collegamenti veloci processore-memoria)

17 Memory-mapped I/O Con l'i/o associato a un indirizzo di memoria, ogni istruzione macchina che può accedere alla memoria può essere impiegata per trasferire dati da e verso un dispositivo di I/O. Per esempio, se DATAIN è l'indirizzo del buffer di ingresso associato alla tastiera, l'istruzione Move DATAIN,RO legge il dato da DATAIN e lo memorizza nel registro RO del processore. Allo stesso modo, l'istruzione Move RO,DATAOUT invia il contenuto del registro RO alla locazione DATAOUT, che può essere il buffer dei dati in uscita di un'unità video o di una stampante.

18 Schemi di mappatura Motorola 68000: memory-mapped I/O Intel 80X86: istruzioni speciali di I/O e spazio di indirizzamento a 16 bit, ma anche memory-mapped I/O PowerPC: stesso spazio di memoria o separato (registro speciale per cambio di contesto)