Calcolatori elettronici - il sistema di I/O

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IL SISTEMA DI I O

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L INTERFACCIA DI I O

Come tutte le operazioni complesse quelle di I/O sono studiate e progettate a diversi livelli o strati

procedendo dal livello più elementare al più complesso, risolvendo sia problemi relativi ai dettagli elettronico-circuitali,

sia quelli di organizzazione del sistema. È detta interfaccia di I/O, l’apparecchiatura che si interpone tra periferia e

processore, il processore la vede come oggetto da e verso il quale si effettua l’I/O e nei suoi riguardi; l’interfaccia si

presenta con una determinata architettura, suddivisa in sezione di ingresso, sezione di uscita con uno o più

registri verso i quali il processore invia i suoi messaggi.

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ARCHITETTURA DI I O

L’architettura della sezione di I/O di un processore ha l’onere di definire:

• numero e tipo di segnali;

• linee di collegamento tra CPU ed interfaccia;

• organizzazione;

• struttura, dipendente dalla restante architettura del sistema e dal tipo di interfaccia.

Tutte le istruzioni in linguaggio macchina sono eseguite mediante operazioni elementari, dette

microoperazioni, definite dall’architettura di macchina. L’architettura di I/O definisce dunque le microoperazioni con

le quali si compongono le istruzioni di I/O, che tipicamente consistono nello spostamento di un dato verso un registro

dell’interfaccia oppure nello spostamento di un bit di controllo o nell’interrogazione del suo stato.

DRIVER E PROTOCOLLO

Per la costruzione di programmi, che portino alla realizzazione di un’azione di I/O, il processore mette a

disposizione dei codici operativi, specificamente dedicati a questo genere di operazioni. Un’istruzione del linguaggio

macchina mantiene sempre un contenuto operativo molto elementare, realizzabile, tipicamente, con un’unica o poche

microoperazioni ed è sempre molto distante da quella che è un’operazione di I/O vera e propria, così come vista a

livello applicativo.

Tuttavia a causa della ridotta potenza operativa delle istruzioni in linguaggio macchina, rispetto alle azioni di

I/O è necessario l’utilizzo di un software capace di guidare le periferiche. Il livello più elementare di tale software è

costituito dal cosiddetto driver, che effettua il trasferimento di un messaggio completo dalla periferia ad un buffer di

memoria o viceversa.

Lo scambio di messaggi tra due apparecchiature prende il nome generico di colloquio, l’insieme delle regole

atte a disciplinare un corretto colloquio tra due apparecchiature è detto protocollo. Tipicamente i protocolli non sono

tutti uguali, variano infatti da periferica a periferica e a seconda dei bus di collegamento.

MESSAGGI SCAMBIATI

Un’operazione di uscita consiste nell’invio alla periferia da parte della CPU di un insieme di messaggi, tali che

un blocco di dati sia trasferito dalla memoria ad una specifica zona periferica. Dualmente un’operazione di ingresso

produce lo spostamento del blocco di dati da un blocco periferico alla memoria.

Tra CPU e periferia vengono quindi interscambiati dati in ambo le direzioni, tuttavia oltre ai dati fluiscono

anche altri messaggi, dal momento che è sempre la CPU ad eseguire l’operazione di I/O. Il processore invia comandi

alla periferia per indicare le operazioni da compiere e quest’ultima risponde con stati, vale a dire con indicazioni che

sintetizzano ed informano le condizioni di funzionamento della periferica e circa gli eventi accaduti. In generale l’ente

che manda messaggi di tipo comando è tipicamente chiamato master, viceversa l’ente che esegue il comando e invia

informazioni circa sul suo stato, assume il nome di slave. Assumiamo, dunque, un modello secondo il quale i messaggi

scambiati tra CPU (master) e periferia (slave) sono così composti:

• messaggi in input: dato, stato;

• messaggi in output: dato, comando.

master slave

dato-comando

OUTPUT

dato-stato

INPUT

Il sistema centrale e la periferia sono tra loro collegati tramite opportuni bus, aventi parallelismo di 1 bit, 1

byte o 1 parola-macchina, mentre i messaggi, che devono essere scambiati possono avere la medesima dimensione di

bit o anche di più ampio blocco. Un messaggio elementare ha il parallelismo pari ad 1 byte od 1 parola del

processore.