Структура системи вводу-виводу

Якщо доручити непідготовленому користувачеві сконструювати систему вводу-виводу, здатну працювати зі всім безліччю зовнішніх пристроїв, то, швидше за все, він опиниться в ситуації, в якій знаходилися біологи і зоологи до появи праць Ліннея [Linnaes, 1789]. Всі пристрої разные, відрізняються по виконуваних функціях і своїх характеристиках, і здається, що принципово неможливо створити систему, яка без великих постійних переробок дозволяла б охоплювати все різноманіття видів. Ось перелік лише декількох напрямів (далеко не повний), по яких розрізняються пристрої.

· Швидкість обміну інформацією може варіюватися в діапазоні від декількох байтів в секунду (клавіатура) до декількох гігабайтів в секунду (мережеві карти).

· Одні пристрої можуть використовуватися декількома процесами паралельно (є такими, що розділяються), тоді як інші вимагають монопольного захоплення процесом.

· Пристрої можуть запам'ятовувати виведену інформацію для її подальшого вводу або не володіти цією функцією. Пристрої, що запам'ятовують інформацію, у свою чергу, можуть диференціюватися по формах доступу до збереженої інформації: забезпечувати до неї послідовний доступ в жорстко заданому порядку або уміти знаходити і передавати тільки необхідну порцію даних.

· Частина пристроїв уміє передавати дані тільки по одному байту послідовно (символьні пристрої), а частина пристроїв уміє передавати блок байтів як єдине ціле (блокові пристрої).

· Існують пристрої, призначені тільки для вводу інформації, пристрої, призначені тільки для виведення інформації, і пристрої, які можуть виконувати і вводу, і вивід.

В області технічного забезпечення вдалося виділити декілька основних принципів взаємодії зовнішніх пристроїв з обчислювальною системою, тобто створити єдиний інтерфейс для їх підключення, поклавши всі специфічні дії на контроллери самих пристроїв. Тим самим конструктори обчислювальних систем переклав весь клопіт, пов'язаний з підключенням зовнішньої апаратури, на розробників самої апаратури, примушуючи їх дотримуватися певного стандарту.

Схожий підхід виявився продуктивним і в області програмного підключення пристроїв вводу-виводу. Подібно до того як Ліннею вдалося закласти основи систематизації знань про рослинний і тваринний світ, розділивши все живе в природі на відносно невелике число класів і загонів, ми можемо розділити пристрою на відносно невелике число типів, що відрізняються по набору операцій, які можуть бути ними виконані, вважаючи решту всіх відмінностей за неістотні. Ми можемо потім специфікувати інтерфейси між ядром операційної системи, що здійснює деяку загальну політику вводу-виводу, і програмними частинами, пристроями, що безпосередньо управляють, для кожного з таких типів. Більш того, розробники операційних систем дістають можливість звільнитися від написання і тестування цих специфічних програмних частин, що отримали назву драйверів, передавши цю діяльність виробникам самих зовнішніх пристроїв. Фактично ми приходимо до використання принципу рівневої або листкової побудови системи управління вводум-виводом для операційної системи (див. мал. 13.1).

Два нижні рівні цієї листкової системи складає hardware: самі пристрої, що безпосередньо виконують операції, і їх контроллери, службовці для організації спільної роботи пристроїв і решти обчислювальної системи. Наступний рівень складають драйвери пристроїв вводу-виводу, що приховують від розробників операційних систем особливості функціонування конкретних приладів і забезпечують чітко певний інтерфейс між hardware і вищерозміщеним рівнем – рівнем базової підсистеми вводу-виводу, яка, у свою чергу, надає механізм взаємодії між драйверами і програмною частиною обчислювальної системи в цілому.

Рис. 16.1. Структура системи вводу-виводу

У подальших розділах ми докладніше розглянемо організацію і функції набору драйверів і базової підсистеми вводу-виводу.