تحقیق بررسی مدیریت ورودی و خروجی

معرفی و بخشهایی از متن تحقیق MANAGEMENT INPUT/ OUTPUT بررسی مدیریت ورودی و خروجی

یکی از عملکردهای بسیار مهم و اصلی سیستم عامل کنترل و مدیریت دستگاههای ورودی/ خروجی (I/O) در کامپیوتر است. سیستم عامل باید فرمانهایی را به این دستگاهها بفرستد، وقفه ها را بگیرد و خطاها را اداره کند و همچنین باید یک رابط بین دستگاه ها و بقیه سیستم به منظور استفاده ساده تر از آنها فراهم نماید.

اصول سخت افزاری I/O

دید افراد مختلف نسبت به سخت افزار I/O متفاوت است. مهندسین برق و الکترونیک آن را بصورت مدارهای مجتمع، مدار چاپی، منابع تغذیه، موتورها و دیگر اجزاء فیزیکی تشکیل دهنده سخت افزار می بینند. برنامه نویسان آن رابه شکل واسطه ارائه شده به نرم افزار، فرامین مورد قبول سخت افزار، توابع قابل اجرا و خطاهای احتمالی و گزارش آنها می بینند. از یک دیدگاه، دستگاههای ورودی/ خروجی بطور کلی به دو دسته تقسیم می شوند.

1- دستگاههای بلوکی BLOCK DEVICE

2- دستگاههای کارکتری CHARACTER DEVICE

یک دستگاه بلوکی وسیله ای است که اطلاعات را در یک بلوک با اندازه معین ذخیره می کند که هر کدام با آدرس خودشان مشخص شده اند. حدود اندازه بلوک های معمولی از 512 بایت تا 32768 بایت می باشند خاصیت اساسی یک دستگاه بلوکی این است که خواندن و نوشتن هر بلوک را بطور مستقل از بقیه ممکن می سازد دیسکها از متداولترین دستگاههای بلوکی هستند.

سازمان عمل ورودی/ خروجی

الف) ورودی/ خروجی برنامه ریزی شده: پردازنده یک فرمان ورودی/ خروجی را از جانب فرایندی به یک مولفه ورودی/ خروجی صادر می کند. سپس آن فرایند قبل از ادامه، تا کامل شدن عمل ورودی/ خروجی به انتظار می ماند.

ب) ورودی/ خروجی مبتنی بر وقفه: پردازنده یک فرمان ورودی/ خروجی را از جانب فرایند صادر می کند، سپس به اجرای دستورالعملهای بعدی ادامه می دهد و با کامل شدن عمل ورودی/ خروجی یا وقفه مولفه ورودی/ خروجی مواجه می شود. دستورالعملهای بعدی می توانند از همان فرایند باشند البته به شرطی که فرایند نیازی به انتظار برای تکمیل ورودی/ خروجی نداشته باشد. در غیر این صورت فرایند در انتار وقفه معلق می گردد و کار دیگری انجام می گیرد.

پ) دسترسی مستقیم به حافظه DMA: مولفه DMA تبادل داده ها بین حافظه اصلی و مولفه ورودی/ خروجی را کنترل می کند. پردازنده تقاضایی برای انتقال یک بلوک از داده ها را به مولفه DMA می فرستد و فقط پس از انتقال کل بلوک مورد وقفه قرار می گیرد.

تکامل عمل ورودی/ خروجی

می توان گامهای تکاملی را بصورت زیر خلاصه نمود:

1- کنترل دستگاه جانبی بطور مستقیم.

2- یک کنترل کننده یا مولفه ورودی/ خروجی افزوده شده است. پردازنده از ورودی/ خروجی برنامه ریزی شده بدون وقفه استفاده می کند. با این گام پردازنده از جزئیات اختصاصی واسط های دستگاه خارجی جدا می گردد.

3- همان پیکربندی گام دوم، ولی این بار از وقفه استفاده شده است. دیگر وقت پردازنده تلف نمی شود.

4- از طریق DMA کنترل مستقیم حافظه به مولفه ورودی/ خروجی داده شده است. حال می توان بلوکی از داده را بدون دخالت پردازنده به/ از حافظه انتقال داد.

5- مولفه ورودی/ خروجی تا حد پردازنده ای مجزا، با مجموعه ای دستورالعملهای خاصی برای ورودی/ خروجی ارتقاء یافته است. پردازنده مرکزی (CPU)، پردازنده ورودی/ خروجی را برای اجرای برنامه ورودی/ خروجی از حافظه هدایت می کند، پردازنده ورودی/ خروجی این دستورالعملها را بدون دخالت پردازنده مرکزی واکنشی و اجرا می کند.

6- مولفه ورودی/ خروجی دارای حافظه محلی اختصاصی و در واقع به نوبه خود یک کامپیوتر است. با این معماری، مجموعه بزرگی از دستگاههای ورودی/ خروجی با حداقل دخالت پردازنده مرکزی می تواند کنترل شود.

ورودی/ خروجی در WINDOWS NT

مدیریت ورودی/ خروجی در WINDOWS NT مسئول تمام عملیات ورودی/ خروجی برای سیستم عامل است و واسط یکنواختی بوجود می آورد که انواع گرداننده ها می توانند آن را فراخوانی کنند.

مولفه های پایه ای ورودی/ خروجی

مدیریت ورودی/ خروجی از چهار مولفه تشکیل شده است.

الف) مدیر حافظه پنهان: مدیر حافظه پنهان برای تمام سیستم ورودی/ خروجی، عمل استفاده از حافظه پنهان را اداره می کند. مدیر حافظه پنهان خدمت استفاده از حافظه پنهان در داخل حافظه اصلی را برای تمام سیستمهای پرونده ها و اجزاء شبکه فراهم می کند. با تغییر مقدار حافظه فیزیکی موجود، می توان بصورت پویا اندازه حافظه پنهان اختصاص یافته به یک فعالیت را کم یا زیاد نمود.

ب) گرداننده های سیستم پرونده: مدیریت سیستم ورودی/ خروجی همان رفتاری را با گرداننده سیستم پرونده می کند که با هر دستگاه دیگری انجام می دهد و پیام برای جلدهای مشخص را به نرم افزار گرداننده مناسب وفق دهنده آن دستگاه هدایت می کند.

پ) گرداننده های شبکه: WINDOWS NT شامل مجموعه قابلیتهای شبکه سازی است و از کاربردهای توزیعی پشتیبانی می کند.

ت) گردانندگان سخت افزار: از طریق نقاط ورود به کتابخانه های پیوند پویای مجری WINDOWS NT، این گرداننده ها به ثباتهای سخت افزار دست می یابند.

ورودی/ خروجی همگام و ناهمگام

WINDOWS NT دو حالت ورودی/ خروجی ناهمگام و همگام را ارائه می کند. حالت ناهمگام در جایی بکار می رود که بتوان کارایی کاربرد را بهینه ساخت. در ورودی/ خروجی ناهمگام، کار عدد، عمل ورودی/ خروجی را آغاز می نماید و در حالیکه درخواست ورودی/ خروجی تکمیل می شود، به پردازش ادامه می دهد.

در ورودی/ خروجی همگام، تا زمانی که عمل ورودی/خروجی کامل شود، آن کاربرد مسدود است. WINDOWS NT چهار روش مختلف را برای اعلام خاتمه ورودی/ خروجی ارائه می کند.

الف) علامت دهی یکسانی دستگاه هسته

ب) علامت دهی یکسانی رویداد هسته

پ) ورودی/ خروجی قابل هشدار

ت) درگاههای تکمیل ورودی/ خروجی