Właściwości i klasyfikacja urządzeń wejścia-wyjścia

Rodzaje urządzeń wejścia-wyjścia


Urządzenia wejścia-wyjścia są bardzo zróżnicowane pod każdym względem. Przedstawione wyszczególnienie dotyczy zastosowań. Warto podkreślić, że urządzenia składowania danych sterowane są wyłącznie przez jednostkę centralną. Są więc właściwie niezależne od zdarzeń poza systemem komputerowym, z wyjątkiem szczególnych przypadku wyjęcia dyskietki, płyty CD itp.

Urządzenia transmisji na odległość oprócz reakcji na sygnały sterujące ze strony jednostki centralnej reagują również na zdarzenia zewnętrzne, związane z przekazywaniem danych z innych jednostek. Należy tu też podkreślić, że każda komunikacja z urządzaniem zewnętrznym jest jakąś transmisją danych. Urządzenia transmisji danych na odległość służą do wymiany danych z innymi komputerami, więc chodzi tu o transmisję danych pomiędzy urządzeniami o podobnym charakterze, a nie transmisję pomiędzy jednostką centralną, a zintegrowanym z nią urządzeniem.

Urządzenia do komunikacji z człowiekiem w ogólności też reagują zarówno na zdarzenia wewnętrzne, jak i zewnętrzne. Zdarzenia zewnętrzne dotyczą przede wszystkim urządzeń wejściowych i związane są z działaniami człowieka (użytkownika). Są to więc zdarzenia, które zachodzą niezbyt często w porównaniu z szybkością pracy jednostki centralnej, a moment ich zajścia jest trudny do przewidzenia.

Rodzaje urządzeń wejścia-wyjścia


Urządzenia wejścia-wyjścia są bardzo zróżnicowane pod każdym względem. Przedstawione wyszczególnienie dotyczy zastosowań. Warto podkreślić, że urządzenia składowania danych sterowane są wyłącznie przez jednostkę centralną. Są więc właściwie niezależne od zdarzeń poza systemem komputerowym, z wyjątkiem szczególnych przypadku wyjęcia dyskietki, płyty CD itp.

Urządzenia transmisji na odległość oprócz reakcji na sygnały sterujące ze strony jednostki centralnej reagują również na zdarzenia zewnętrzne, związane z przekazywaniem danych z innych jednostek. Należy tu też podkreślić, że każda komunikacja z urządzaniem zewnętrznym jest jakąś transmisją danych. Urządzenia transmisji danych na odległość służą do wymiany danych z innymi komputerami, więc chodzi tu o transmisję danych pomiędzy urządzeniami o podobnym charakterze, a nie transmisję pomiędzy jednostką centralną, a zintegrowanym z nią urządzeniem.

Urządzenia do komunikacji z człowiekiem w ogólności też reagują zarówno na zdarzenia wewnętrzne, jak i zewnętrzne. Zdarzenia zewnętrzne dotyczą przede wszystkim urządzeń wejściowych i związane są z działaniami człowieka (użytkownika). Są to więc zdarzenia, które zachodzą niezbyt często w porównaniu z szybkością pracy jednostki centralnej, a moment ich zajścia jest trudny do przewidzenia.

Właściwości urządzeń wejścia-wyjścia


Zróżnicowanie urządzeń wejścia-wyjścia przejawia się między innymi w dużej liczbie klasyfikacji, wynikających z różnych kryteriów.

Ze względu na tryb transmisji wyodrębnia się urządzenie znakowe i blokowe. W przypadku urządzeń blokowych w wyniku operacji wejścia-wyjścia następuje przekazanie bloku o ustalonym rozmiarze np. 512 B. W przypadku urządzeń znakowych po przekazaniu bajta lub słowa konieczne jest zlecenie następnej operacji wejścia-wyjścia w celu odebrania kolejnej takiej jednostki. Urządzenia takie mają czasami wewnętrzny bufor, umożliwiający przekazywanie nieco większych porcji danych.

Podział na urządzenia sekwencyjne i bezpośrednie wiąże się z łatwością uzyskania dostępu do wybranego zakresu danych na urządzeniu. Większość urządzeń wejścia-wyjścia pracuje w sposób sekwencyjny, czyli przekazuje dane do jednostki centralnej w postaci pewnego strumienia bez możliwości ograniczenia do pewnego zakresu. Jednostka centralna może co najwyżej dokonać filtracji po odebraniu tych danych. Podobnie w przypadku przekazywania danych do urządzenia, nie ma możliwości wskazania kolejności przetwarzania czy zmiany kolejności ułożenia poszczególnych części. Jednym z niewielu urządzeń o dostępie bezpośrednim jest dysk. Przed zainicjalizowaniem właściwej operacji dostępu można odpowiednio ustawić pozycję głowicy oraz wskazać sektor do zapisu lub odczytu. Podobne podejście można by potencjalnie stosować w przypadku napędów taśmowych. Zasadnicza trudność wiąże się jednak z czasem pozycjonowania, wymagającym długotrwałego przewijania taśmy. Dlatego napędy taśmowe są urządzeniami o dostępie sekwencyjnym.

W przypadku urządzeń synchronicznych wymagany czas pracy urządzenia można w miarę precyzyjnie przewidzieć. Taki czas jest jednak zmienna losową, ale o stosunkowo niewielkim rozproszeniu wartości. Na przykładzie dysku można powiedzieć, że po ustawieniu pozycji głowicy sam czas odczytu sektora do się precyzyjnie określić, ale opóźnienie obrotowe ma charakter losowy. Elementem losowym, zwiększającym czas dostępu są również przypadki błędu w odczycie sektora. Precyzyjne przewidywanie nie jest możliwe w przypadku urządzeń „synchronizowanych” zdarzeniami zewnętrznymi. Dla jednostki centralnej zdarzenia te zachodzą całkowicie asynchronicznie, nie da się więc przewidzieć momentu, w którym urządzenie będzie wymagało obsługi ze strony jednostki centralnej.

Pewne urządzenia mogą współbieżnie obsługiwać zlecenia wielu procesów. Dla urządzenie nie ma znaczenia jaki proces czy użytkownika obsługuje. Pojęcie procesu na poziomie architektury nawet nie istnieje. Ma to natomiast znaczenia dla użytkownika. Dla użytkownika nie ma znaczenia, czy dysk zapisując jego dane, wplecie pomiędzy operacje zapisu poszczególnych sektorów, operacje zapisu lub odczytu innych sektorów, wynikające z osobnego zlecenia. Co najwyżej nastąpi opóźnienie realizacji całego zlecenia zapisu, jest to jednak raczej nieodczuwalne. Trudno jednak taki przeplot zaakceptować na wydruku — jest mało prawdopodobne, żeby wydruk był czytelny.

W zakresie szybkości działania nie jest łatwo wyodrębnić konkretne klasy. Celem tej klasyfikacji jest podkreślenie dużego zróżnicowania w zakresie szybkości przetwarzania danych przez urządzenie. Oczywiście wszystkie urządzenia wejścia-wyjścia są wolne w porównaniu z jednostką centralną.

Kierunek przekazywania danych dotyczy danych przetwarzanych, a nie sygnałów sterujących, czy informacji o stanie urządzenia. Drukarka jest typowym urządzeniem wyjściowym, ale można odczytać jej stan (np. informację o braku papieru, tonera itp.). Nie służy ona natomiast do wprowadzania danych.

  • Szybkość działania (transmisji)
    • od bardzo wolnych, przykład: drukarka
    • do stosunkowo szybkich, przykład: dysk
  • Kierunek przekazywania danych
    • urządzenia wejścia i wyjścia — możliwość zarówno zapisu jak i odczytu, przykład dysk, karta sieciowa
    • urządzenia wejścia — tylko możliwość odczytu z urządzenia, przykład: klawiatura
    • urządzenia wyjścia — tylko możliwość zapisu, przykład: drukarka