I/O Systems - I/O Hardware

• Polling. De CPU controleert met een bepaalde frequentie de status van de I/O-controller. Zodra de I/O-controller vrij is, stuurt de CPU een commando naar de I/O-controller.
• Interrupts. De I/O-controller laat de processor via een interrupt weten dat hij klaar is om een commando te ontvangen.

De DMA controller is verantwoordelijk voor het uitvoeren van direct memory access (DMA) bij datatransport. Nadat de CPU een command block in het geheugen heeft gezet en de DMA controller hiervan op de hoogte heeft gesteld, zorgt de DMA controller voor de besturing van het datatransport tussen het geheugen en de device controller. Door middel van een interrupt signaleert de DMA controller  dat het transport voltooid is.

De computer communiceert met een randapparaat via signalen. De communicatie verloopt via poorten, bussen en controllers. Een poort is een verbindingspunt tussen de computer en het randapparaat, een bus is een kanaal voor het transport van signalen, en een controller is het zogenaamde aanspreekpunt voor de computer. Een controller kan gekoppeld zijn aan een poort, aan een bus (bus controller), maar ook aan een randapparaat (device controller). De controller beschikt over registers waarin de data- en controlesignalen geplaatst kunnen worden.

• Via I/O-instructies
• Via memory-mapped I/O: de controlregisters zijn afgebeeld op de adresruimte van de processor

• Data-in register (bevat input voor de processor)
• Data-out register (bevat output van de processor)
• Status register
• Control register

Interrupts die via een maskeerbare interruptlijn binnenkomen kunnen door het besturingssysteem tijdelijk worden onderdrukt. Voor interrupts die via een niet-maskeerbare interruptlijn binnenkomen geldt dit niet.

Met een system call verzoekt een proces om een door het besturingsysteem te leveren service.

Een exception ontstaat als de processor een instructie niet kan uitvoeren.

System calls en exceptions kunnen geïmplementeerd worden middels interrupts. Daarnaast kan het interruptmechanisme gebruikt worden door de I/O-controller, om aan te geven dat een actie van het besturingssysteem gewenst is.

Programmed I/O is door de processor gestuurde dataoverdracht. Het is de tegenhanger van directory memory access (DMA) of interrupt driven I/O, waarbij data rechtstreeks tussen het randapparaat en het geheugen worden uitgewisseld.

Twee vormen van programmed I/O zijn memory-mapped I/O en I/O-mapped I/O.

Bij I/O-mapped I/O worden de controller registers aangestuurd als een I/O-adres. Via een aparte lijn wordt aangegeven of het adres een I/O-adres of een geheugenadres is.

Bij memory-mapped I/O worden de controller registers aangestuurd als een geheugenadres. De geheugenadresruimte bevat de I/O-adressen van randapparaten.

Memory-mapped I/O is eenvoudiger aan te sturen, maar is storingsgevoeliger, omdat de speciale geheugenadressen ook per abuis door andere processen aangestuurd kunnen worden. Geheugenprotectie biedt hiervoor bescherming.

In het statusregister: de busy-bit en de error-bit (in te stellen door de randapparaatcontroller)

In het commandoregister: de command-ready en de write-bit (in te stellen door de processor)

• Tijdelijk onderdrukken van niet-spoedeisende (maskable) interrupts
• Afhandelingsroutines voor interrupts snel aanroepen via een interrupt vector
• Interrupt priority levels: interrupts afhandelen in volgorde van prioriteit