Устройства ввода/вывода

Устройства ввода/вывода — это устройства ЭВМ, с помощью которых в машину вводится информация для ее обработки, а также из машины выводятся промежуточные и окончательные результаты ее работы в форме, доступной для восприятия человеком. Не следует путать их с устройствами внешней памяти, с которых вводится или на которые выводится информация в машинной форме, например, с любыми дисковыми устройствами (см. “Память внешняя”). Последнее замечание особенно актуально, поскольку во многих классификациях все эти устройства объединяют вместе под названием внешние, или периферийные, устройства.

С точки зрения информатики при помощи устройств ввода человек кодирует имеющиеся у него (“немашинные”) входные данные для хранения и обработки в компьютере. Например, помещая открытку на рабочий стол сканера, пользователь выполняет определенную последовательность действий, в результате которых в памяти компьютера формируется машинный аналог графического изображения, пригодный для сохранения и обработки. При выводе происходит процесс обратного перекодирования, и информация из недоступной для непосредственного восприятия машинной формы становится понятной человеку. Так, отпечатанный на бумаге текст содержит информацию, которую в отличие от комбинаций электрических напряжений человек в состоянии прочесть.

Устройства ввода/вывода (как и устройства внешней памяти) подсоединяются к системной магистрали при помощи контроллеров, которые управляют передачей данных от устройства на шину и в обратном направлении (см. “Контроллеры”). Каждый контроллер управляет “своим” устройством под руководством центрального процессора (ЦП). Для ведения диалога между процессором и внешними устройствами последние чаще всего отображаются в особое адресное пространство: его ячейки принято называть портами; каждому устройству обычно соответствует несколько портов с последовательными адресами. В MS-DOS настройка адресов портов являлась важной частью процедуры подключения устройств, в более поздних ОС распределение портов по адресам выполняется автоматически.

В настоящее время выделяют три режима обмена информацией:

· программно-управляемый ввод/вывод;

· обмен с устройствами по прерываниям;

· прямой доступ к памяти (ПДП).

Программно-управляемый обмен характеризуется тем, что все действия по вводу или выводу предусмотрены непосредственно в теле программы. Процессор полностью руководит ходом обмена, включая ожидание готовности периферийного устройства и прочие временныRе задержки, связанные с процессами ввода/вывода.

Суть обмена по прерываниям заключается в том, что УВВ сами требуют внимания процессора в том случае, когда оно необходимо. Например, клавиатура оповещает процессор, если была нажата или отпущена клавиша; все остальное время процессор выполняет программу, “не отвлекаясь” на клавиатуру.

В последнее время необходимость понимания механизма работы прерываний сильно возросла в связи с возникновением идеологии программирования по событиям. Она лежит в основе последних систем типа Visual Basic (базовый язык Microsoft Office) или Delphi. Приведем примеры нескольких событий, на которые программа может реагировать: сдвинута мышь, нажата (или отпущена) ее кнопка, нажата клавиша , выбран тот или иной пункт меню, открыто новое окно на экране и многие-многие другие.

В обоих описанных выше видах обмена руководство осуществлял ЦП. Чтобы улучшить эффективность использования вычислительной системы и увеличить скорость транспортировки крупных блоков данных от устройств в память и обратно, в современных компьютерах разработан так называемый прямой доступ к памяти (по-английски DMA — Direct Memory Access). Принципиальное отличие ПДП заключается в том, что в этом режиме процессор не производит обмен, а только подготавливает его, программируя контроллера ПДП.

Для лучшего понимания принципа ПДП предлагаем сопоставить его упрощенную схему, представленную в книге В.Лина¹², с шинной схемой ПК, приведенной в статье “Функциональное устройство”.

Материал о режимах ввода/вывода может быть сведен в следующую компактную, но весьма информативную таблицу:

*В процессе обмена контроллер ПДП взаимодействует с центральным процессором.

Рассказ о наиболее общих принципах работы УВВ следует дополнить конкретными примерами. Учитывая постоянное совершенствование технологий производства, примеры эти также все время приходится обновлять. В частности, на данном этапе происходит постепенное вытеснение мониторов на базе электронно-лучевой трубки жидкокристаллическими, а оптические мыши уже практически везде заменили менее совершенные механические. В рамках газетной публикации рассказать обо всех этих интересных устройствах не представляется возможным, поэтому посоветуем читателям обратиться к многочисленным книгам¹³.