Vhod in izhod

Glavni del dogajanja med delovanjem računalnika obsega samo dva od njegovih delov: CPE in glavni pomnilnik. CPE jemlje ukaze in operande iz glavnega pomnilnika ter shranjuje rezultate v registre CPE ali v glavni pomnilnik. Vse ostale dele računalnika obravnavamo kot del vhodno–izhodnega (V/I) sistema, ki ga sestavljajo naslednje tri komponente:

vhodne in/ali izhodne naprave (imenovane tudi periferne naprave),
krmilniki vhodnih in/ali izhodnih naprav
programi za izvajanje vhodnih in/ali izhodnih operacij.

V splošnem lahko vhodno-izhodne naprave razdelimo v dve skupini.

naprave za prenos informacije: Naprave so namenjene za prenos informacije med CPE in glavnim pomnilnikom na eni ter zunanjim svetom na drugi strani. Standardne naprave te vrste so tiskalniki, tipkovnice, zasloni raznih vrst, risalniki, telekomunikacijske linije in druge. Poleg standardnih poznamo še vrsto takih, ki so specifične za neko področje uporabe računalnika. To so na primer senzorji za temperaturo, pritisk, število vrtljajev, teraktuatorji za spreminjanje hitrosti motorjev, odpiranje ventilov, vključevanje grelcev in drugo. Skupna značilnost vseh naprav iz te skupine je, da služijo kot sredstvo, preko katerega računalnik komunicira z zunanjim svetom, iz katerega dobiva programe in podatke v katerega pošilja rezultate.
pomožni pomnilniki: Danes so to predvsem magnetni diski raznih vrst. Sicer pa ta oznaka velja tudi za druge naprave, ki jih srečujemo pri današnjih računalnikih. Zaradi tehničnih značilnosti so priključene na CPE in glavni pomnilnik kot V/I naprave, čeprav se uporabnik tega dejstva pogosto ne zaveda. skupna značilnost teh naprav je, da služijo za shranjevanje informacije, čeprav se včasih uporabljajo tudi za komuniciranje z drugimi računalniki (npr. diskete in magnetni trakovi).

Razlike med raznimi napravami so zelo velike tako glede zapletenosti pravil za komuniciranje med njimi, kot tudi glede njihove hitrosti. Zato ni presenetljivo, da poznamo danes veliko rešitev za priključevanje vhodno–izhodnih naprav. Vse naprave pa morajo zagotoviti naslednje funkcije:

izbiro ali naslavljanje posamezne vhodno–izhodne naprave, ki naj izvrši dano operacijo
prenos podatkov a ali iz izbrane naprqave
usklajevanje ali koordinacija časovnih parametrov vhodno–izhodne naprav s parametri CPE ali glavnega pomnilnika

Vhodno - izhodni sistem

osnovna naloga vhodno-izhodnega sistema je pretvarjanje informacij iz ene oblike v drugo. Temu ustrezna je zgradba večine vhodno-izhodnih naprav. Obstajajo pa tudi naprave, za katere to ne velja. Take naprave so npr.: magnetni diski, ti so namenjeni za shranjevanje informacij in ne za njeno pretvarjanje v obliko, ki je dostopna zunanjemu svetu. Napravam te vrste pravimo tudi pomožni pomnilniki. Za večino uporabnikov je vhodno-izhodni sistem najbolj zapleten del von Neumannovega računalnika, ki povzroča težavebolj pogosto kot CPE ali glavni pomnilnik. Ker je število vhodno-izhodnih naprav veliko. In isto velja za njihovo zgradbo in delovanje. Kljub razlikam pa so osnovni principi njihove uporabe preprosti in skupni za vse.

Poznamo naslednja dva osnovna načina za prenos podatkov v in iz vhodno-izhodnih naprav:

programski vhodno-izhodni sistem: Pri tem načinu komunicira z vhodno-izhodno napravo CPE, vsak podatek seali piše iz CPE v napravoalibere iz naprave v CPE. Prenos je reliziran z ustreznim zaporedjem ukazov, ki poskrbi za vse pri prenosu potrebne podrobnosti. Slabost programskega vhoda-izhoda je počasnost, ker je za prenos vsakega podatka potrebno izvršiti več ukazov.
neposreden dostop do pomnilnika: Vhodno-izhodna naprava komunicira neposredno z glavnim pomnilnikom, vsak podatek se piše iz pomnilnika v napravo ali bere iz naprave v pomnilnik. Prenos je realiziran s posebno enoto, ki ji pravimo DMA krmilnik. Ta je sposoben sam komunicirati z glavnim pomnilnikom in med prenašanjem ne potrebuje ukazov. Prenos je zato hitrejši.

Vsaka vhodno-izhodna naprava je priključena preko tako imenovanega krmilnika naprave. Pri preprostih napravah je krmilnik pogosto trivialno preprost: napr.: flip-flop ali register. Pribolj zapletenih napravah kot je npr. magnetni diski pa je specializiran z fiksnim programom. Osnovna naloga krmilnika je, da omogoča prenos podatkov v in/ali iz naprave. Zaradi ekonomičnosti so zapleteni krmilniki pogosto narejeni tako, da je nanje mogoče priključiti več vhodno-izhodnih naprav.

Glede na naslovni prostor, v katerem so registri krmilnikov, poznamo pri današnjih računalnikih tri rešitve:

pomnilniško preslikan vhodno-izhodni sistem: Pri tem načinu so registri krmilnikov v pomnilniškem naslovnem prostoru. gledano iz CPE so videti enako kot pomnilniškebesede. Zabranje in pisanje lahko uporabimo vse ukaze za dostop do pomnilnika. Posebni vhodno-izhodni ukazi niso potrebni.
ločen vhodno-izhodni prostor: Pri tem načinu so registri krmilnikov v posebnem naslovnem prostoru, ki je ločen od pomnilniškega. Za dostop do registrov so potrebni posebni vhodno-izhodni ukazi. Med izvajanjem teh ukazov CPEaktivira signale, ki povejo, da se naslavlja vhodno-izhodni naslovni prostor.
posredno preko vhodno-izhodnih procesorjev: Te rešitve pri mikrokrmilnikih skoraj ne srečamo, pogosto pa so pri večjih računalnikih. Pri tem načinu CPE nima dostopa do registrov krmilnika. Namesto tega sporoča svoje zahteve vhodno-izhodnim procesorjem, ki imajo dostop do registrov in ki poskrbijo za podrobnosti pri izvrševanju zahtev.

Gor Sistemi Motorola 68XX Navidezni pomnilnik Krmilnik

SERŠ Maribor, Strokovna gimnazija, leto: 2002, avtor: Danijel Mom