Processzoron , mikroprocesszoron , mikrokontrolleren vagy PLC-n alapuló rendszerben az információcserét a processzor és a hozzá kapcsolódó perifériák között bemenet-kimenetnek nevezzük . Ily módon a rendszer reagálhat a környezete változásaira, vagy akár irányíthatja is azt. Néha az I / O betűszóval jelölik , amely az angol I nput / O utput vagy akár az I / O bemenetek / kimenetek esetében származik.
Egy operációs rendszer :
Egyszerűsített példa:
A mikroprocesszoros rendszer szükségszerűen a következő elemeket tartalmazza:
A rendszer különböző elemeit 3 busz köti össze :
A technológia fejlődése azt jelenti, hogy azok a rendszerek, amelyekhez korábban több dobozra volt szükség, tökéletesen integrálhatók egyetlen dobozba, amely egyesíti a különböző funkciókat; lásd például az ADuC processzorcsaládot az Analog Devices-től .
A mosógép a mikroprocesszor által vezérelt vezérlőrendszer példája. A gép fő elemei:
A processzor információt fog kapni az input eszközökről:
Ezen információk alapján parancsokat küld a kimeneti eszközöknek:
A perifériák a bemeneti és kimeneti portoknak nevezett áramkörökön keresztül csatlakoznak a rendszer többi részéhez (egyes portok kombinálhatják a két funkciót).
Lényegében a bemeneti port háromállapotú pufferekből áll . Ezek úgy viselkednek, mint az elektronikus kapcsolók, amelyek a kívánt pillanatban megmutatják az adatbuszon a bemeneti periféria logikai szintjét (amelyet a címbusz választott meg); ezeket a szinteket egy processzor regiszter tárolja (a regiszter egy RAM slot).
A kimeneti port lényegében D típusú papucsokból áll, amelyek kis emlékként viselkednek. Bemenetük az adat buszhoz csatlakozik. A processzor mindegyik papucsba 0 vagy 1 logikai szintet ír. A flip-flop kimenetek vezérlik a perifériákat, általában egy teljesítményfokozaton keresztül.
A bejegyzés egy adatfolyam, amely a következőkből származik:
Ezek a bemeneti jelek hardveres megszakításokat generálnak, amelyeket az operációs rendszer kernelében lévő megszakításkezelő elsőbbséggel dolgoz fel .
A mikroprocesszoros rendszerekben, például a fent említett mosógépben nyomógombok és kapcsolók találhatók.
Számos mikrovezérlő tartalmaz számlálókat; a számláló bemenetekre formált és alkalmazott jelek szintén a rendszer bemeneti jeleit képezik.
A számítógépes rendszerekben a választék sokkal szélesebb: billentyűzet, egér , világító toll, digitalizáló, analóg / digitális átalakítók stb.
Hangsúlyozd, hogy a processzor által történő feldolgozáshoz bármilyen jelet a processzorral kompatibilis logikai jelekké kell átalakítani. Bizonyos esetekben szükség lesz szint átalakítók vagy izolációs fokozatok elhelyezésére (gyakran opto-csatolókra ).
A kimenetek kapcsolatos csapdák vagy a rendszer kéri .
Egy kimenet lehet (ez a lista nem teljes):
A mikroprocesszor-alapú rendszerekben fénykibocsátó diódákat ( LED-eket ) vagy izzólámpákat használnak fényként vagy jelzőként, digitális vagy alfanumerikus LED- vagy folyadékkristályos kijelzőként a rendszerüzenetek, relék megjelenítésére (a jelek vezérléséhez). / vagy feszültségek), optocsatolók stb.
A számítógépes rendszerekben a választék óriási: képernyő a megjelenítéshez, nyomtató papírok készítéséhez, digitális / analóg konverterek stb.
Sok eszköz mind bemeneti, mind kimeneti eszköz. A modem például lehetővé teszi információk küldését vagy fogadását a külvilágtól: elektronikus levél, internetes böngészés, de faxok küldése és fogadása, számítógépes telefonálás ( VoIP , Voice over IP ) is.
A több számítógép összekapcsolására használt hálózati kártyák a helyi számítógépes hálózat eléréséhez, amely lehetővé teszi fájlok és erőforrások, például hálózati nyomtató, szkenner megosztását ...
A tömegtároló eszközök teljes választéka is rendelkezésre áll: merevlemez , memóriakártya , hajlékonylemez-meghajtó , DVD-meghajtó , USB-kulcs .
Hasonlóképpen, a számítógépes monitorok, ha érintőképernyőkkel vannak felszerelve .
A bemenetek / kimenetek kezelésének főként három módja van.
Fő programjának végrehajtása során a mikroprocesszor időnként leolvassa a bemeneti eszközök állapotát, és szükség esetén módosítja a kimeneti portok állapotát. Ez a legegyszerűbb technika. Példa: egy épület fűtésszabályozó rendszere.
Ezt a technikát akkor alkalmazzák, amikor a processzornak gyorsan kell reagálnia a bemeneti port állapotának változására. A periféria erre a célra szolgáló megszakító vonallal tájékoztatja a processzort. A processzor megszakítja az aktuális feladatot, beugrik az alprogramba, amelynek célja a neki címzett konkrét kérés kezelése; az alprogram végén a processzor ott folytatja a főprogram végrehajtását, ahol abbahagyta, és következetes eredményt ad.
Ezt a technikát, amelyet gyakran a DMA ( Direct Memory Access ) kezdőbetűi ismertek , akkor alkalmazzák, amikor nagy mennyiségű adat gyors átvitelére van szükség, például egy CD-lejátszó és egy merevlemez között. Ahelyett, hogy a bájtokat először egy processzorregiszterbe, majd csak a merevlemezre továbbítanák, a bájtokat közvetlenül az egyik eszközről a másikra továbbítják anélkül, hogy a processzorregisztereken keresztül mennének. Az adatátvitelt egy speciális áramkör szervezi, az úgynevezett DMA vezérlő, amely az átvitel során átveszi a processzor helyét, és kezeli a cím- és vezérlőbuszokat.
A számítógép teljesítménye annak az időnek a mértéke, amely egy adott feldolgozás elvégzéséhez szükséges. Három elem befolyásolja ezt a teljesítményt:
Az adatfeldolgozáshoz szükséges időt mindig e három elem egyike határozza meg, de a bemenetek / kimenetek időtartama általában túlsúlyos. Valójában az I / O műveletekre fordított időt ezredmásodpercekben, míg a processzor által végrehajtott utasításokra fordított időt nanoszekundumban számoljuk.
A memória mérete különösen fontos, amennyiben lehetővé teszi a bemeneti / kimeneti műveletek számának csökkentését, vagy azért, mert az alkalmazás programok nagyobb része a memóriában tartózkodhat, ezáltal csökkentve a paginációs jelenségeket, vagy azért, mert ennek a memóriának egy része képes pufferként ( cache memória ) használható az I / O műveletek adatfolyamainak tárolására.
A rendszerszintű programozásban (például a nagygépeken ) két hardverelem (többek között) befolyásolja a bemenetek / kimenetek teljesítményét, vagyis sebességüket:
Ha a CPU vagy az I / O erőforrások egy vagy több egyidejű folyamat végrehajtása során nem elegendőek, akkor telítettségről beszélünk.