Chương 7 HỆ THỐNG QUẢN LÝ NHẬP XUẤT
7.1 Cấu trúc hệ thống
7.1.1 Giao tiếp thiết bị
Quản lý việc nhập/xuất của các thiết bị là một thành phần của hệ điều hành. Chức năng của các thiết bị ngoại vi là đảm bảo sự truyền thơng giữa các bộ phận của hệ thống. Ngồi các thiết bị cĩ tính bắt buộc như màn hình, bàn phím, máy in, thì hệ điều hành phải đảm bảo phương pháp tổ chức và truy nhập của các thiết bị bổ sung vĩi số lượng tuỳ ý. Các thiết bị này khác nhau về bản chất và nguyên lý hoạt động, hệ điều hành phải tìm cách quản lý điều khiển và khai thác các thiết bị đĩ một cách triệt để.
Hệ điều hành phải cung cấp một cách giao tiếp đơn giản, tiện dụng giữa thiết bị với các phần hệ thống đĩ là sự giao tiếp độc lập với thiết bị.
7.1.2 Kiến trúc chung nhập/xuất
Tổ chức chung của việc nhập/xuất bao gồm các thiết bị đặc biệt gọi là thiết bị lơ gíc dùng để điều khiển các thao tác vào/ra chứ khơng thực hiện thao tác này và các thiết bị nhập/xuất.
Thiết bị lơ gíc
Thiết bị lơ gíc cĩ nhiều lớp. Lớp dưới cùng là để giao tiếp với phần cứng, lớp trên cùng giao tiếp với người sử dụng. Nĩ đĩng một vai trị chun dụng cĩ nhiệm vụ kết nối với các kênh vào/ra. Mỗi kênh vào ra cĩ ngơn ngữ và hệ lệnh riêng. Chúng hoạt động độc lập với nhau, CPU độc lập với các thiết bị. Thiết bị lơ gíc cĩ khả năng kiểm sốt lỗi, điều khiển thiết bị, phần mềm hệ điều hành độc lập với thiết bị, phần mềm với mức người dùng.
Thiết bị xuất nhập
Thiết bị xuất nhập cĩ hai cách tiếp cận khác nhau:
- Phần cứng đĩ là các thiết bị đảm bảo vào/ra khi cĩ yêu cầu truy xuất thiết bị. Các kỹ sư quan tâm chế tạo thiết bị và những linh kiện bên trong.
- Phần mềm : khai thác những lệnh vào/ra cĩ liên quan thiết bị. Các thiết bị đĩ sẽ thực hiện nhứng chức năng gì khi cĩ u cầu truy xuất thiết bị, cùng hệ thống thơng báo lỗi của chúng.
7.1.3 Hệ thống quản lý nhập/xuất
Các lớp Chức năng nhập/ xuất
Tạo lời gọi nhập/xuất.
Đặt tên bảo vệ, tổ chức khối, bộ đệm, định vị. Thiết lập thanh ghi, kiểm tra, trạng thái.
Báo cho drive khi nhập/ xuất hồn tất. Thực hiện thao tác nhập/xuất.
7.1.4 Các loại thiết bị nhập/xuất
Các thiết bị nhập xuất cĩ thể chia thành 2 loại : thiết bị khối và tuần tự:
Thiết bị khối : là thiết bị mà thơng tin được lưu trữ trong những khối cĩ kích
thước cố định và được định vị địa chỉ. Kích thước khối thơng thường từ 128 byte – 1024 byte. Đặc điểm của thiết bị khối cĩ thể truy xuất (đọc hay viết) từng khối riêng biệt. Đĩa từ là một thiết bị khối.
Thiết bị tuần tự : Việc xuất/ nhập thơng tin dựa trên một chuỗi các bit.
Khơng thể địa chỉ hố được và tìm kiếm được. Màn hình và bàn phím, máy in, card mạng, chuột…
Việc phân chia các lớp trên khơng hồn tồn phù hợp với hai lớp trên như đồng hồ, bộ nhớ màn hình .. khơng thực hiện theo cơ chế tuần tự. Cĩ một chuẩn phân chia khác dựa theo các chỉ tiêu :
- Thiết bị ký tự hay khối.
- Truy cập tuần tự hay ngẫu nhiên.
- Truy cập đồng bộ hay khơng đồng bộ.
- Thiết bị chia sẻ hay tận hiến.
- Tốc độ truy xuất.
- Chế độ đọc-viết, chỉ đọc hay chỉ viết.
7.1.5 Các thành phần xuất/nhập
Thiết bị
Thiết bị được nối với hệ thống máy tính bằng cách gửi tín hiệu thơng qua cable
hay qua các thiết bị thu nhận khơng dây. Thiết bị được nối với máy tính thơng qua các cổng (port ). Dữ liệu thiết bị được chuyển qua port đưa vào CPU thơng qua hệ thống truyền thơng tin gọi là bus
Bus
Trong hệ thống máy tính thơng thường, cĩ một đường bus duy nhất để nối CPU, bộ nhớ và các thiết bị xuất nhập; đa số hệ thống cĩ một hay nhiều bus. Một thiết bị xuất nhập gồm cĩ hai phần: một phần chứa chủ yếu các mạch điện gọi là bộ điều khiển, phần cịn lại chứa chính thiết bị xuất nhập chẳng hạn như ổ đĩa. Bộ điều khiển thường được chứa trên một bo mạch được cắm vào một khe trống, ngồi trừ bộ điều khiển bắt buộc phải cĩ mà đơi khi được gắn luơn vào bo mạch
Xử lý của người dùng Phần mềm độc lập
thiết bị Điều khiển thiết bị
Kiểm sốt ngắt Phần cứng
chính. Bộ điều khiển cĩ thể dùng chung cho nhiều thiết bị ngoại vi. Trong hệ thống máy tính bộ điều khiển được tích hợp một chipset.
Bộ điều khiển
Cơng việc của bộ điều khiển là điều khiển thiết bị I/O của nĩ và quản lý việc truy nhập đường bus cho nĩ. Khi một chương trình cần đến dữ liệu từ đĩa chẳng hạn, nĩ đưa ra một lệnh cho bộ điều khiển đĩa, rồi bộ điều khiển đưa ra các yêu cầu tìm kiếm và những lệnh khác cho ổ đĩa. Khi đã được định vị đúng rãnh cung, ổ đĩa bắt đầu xuất hiện dưới dạng một dịng bit tuần tự cho bộ điều khiển. Cơng việc của bộ điều khiển khi ấy là tách dịng bit thành các đơn vị và ghi mỗi đơn vị vào bộ nhớ. Một bộ điều khiển đọc hoặc ghi dữ liệu ra bộ nhớ khơng cần sự can thiệp CPU gọi là truy nhập bộ nhớ trực tiếp (DMA) .
Một phương pháp khác để định vị địa chỉ khơng qua port, thì các thiết bị ngoại vi sẽ chiếm một vùng nhớ nào đĩ trơng khơng gian bộ nhớ, phần cịn lại dành cho các vi mạch nhớ. Quá trình này gọi là quá trình vào/ra ánh xạ bộ nhớ như như card màn hình.
Port I/O
Một port cĩ một địa chỉ truy xuất riêng và để định địa chỉ dữ liệu vào trong bộ nhớ. Port là nơi giao tiếp chung giữa dữ liệu do các thiết bị ngoại vi để chuyển đến theo các địa chỉ trên để đưa vào CPU thơng qua hệ thống bus.
Một port thơng thường bao gồm 4 thanh ghi bao gồm thanh ghi trạng thái,
thanh ghi điều khiển, thanh ghi data-in (dữ liệu vào), thanh ghi data-out (dữ liệu
ra).
Dưới đây là bảng vùng địa chỉ I/O kèm theo thiết bị I/O trao đổi theo địa chỉ đĩ. Vùng địa chỉ I/O Thiết bị
000-00F (H) Bộ điều khiển DMA 020-021 Bộ điều khiển ngắt
040-043 Timer
200-20F Bộ điều khiển game 2F8-2FF Cổng nối tiếp thứ 2 320-32F Bộ điều khiển đĩa cứng 378-37F Cổng song song 3D0-3DF Bộ điều khiển đồ hoạ 3F0-3F7 Bộ điều khiển đĩa mềm 3F8-3FF Cổng nối tiếp thứ 1
- Thanh ghi trạng thái chứa các bit mà cĩ thể đọc từ bộ điều khiển (host), các
bít biểu thị các trạng thái như lệnh được hồn thành, thơng báo thích hợp để đọc hay thơng báo thiết bị bị lỗi.
- Thanh ghi điều khiển cĩ thể được ghi lại bởi bo mạch chủ để phát ra một
lệnh hay thay đổi kiểu (mode) thiết bị. Chẳng hạn, một bit trong thanh ghi điều khiển của một cổng nối tiếp sẽ cho phép chọn chế độ full-duplex hay
halt-duplex, một số bít khác cho chế độ kiểm tra parity, một bít thứ 3 đặt chế độ ghi là 7 hay 8 bít, một số bit khác chọn tốc độ truyền tin qua cổng nối tiếp.
- Thanh ghi data-in được đọc dữ liệu từ bo mạch chủ.
- Thanh ghi data-out được ghi dữ liệu bởi bo mạch chủ và xuất thơng tin.
CPU Bộ nhớ Bộ điều khiểnđĩa Bộ điều khiểnmáy in Bộ điều khiểncác tbị khác Giao tiếp
thiết bị
Ổ đĩa Ổ đĩa Máy in