Vhodne in izhodne enote

Kaj se bomo v tem poglavju naučili?

Spoznali bomo pomen naprav, ki omogočajo našo komunikacijo z računalnikom. Spoznali bomo tudi, kako te naprave običajno navezujemo na računalnik oziroma njegovo centralno procesno enoto. Ogledali si bomo tudi seznam najbolj pogostih vhodnih oziroma izhodnih naprav.

Kaj razumemo kot vhod in izhod računalnika?

V računalništvu razumemo pod vhodom/izhodom (input/output, oziroma I/O) zbirko vmesnikov za različne funkcijske enote oziroma podsisteme računalnika, ki jih uporabljamo za medsebojno komunikacijo. Vhodi so tudi signali, ki jih računalnik prejema od naprav, izhodi pa signali, ki jih napravam pošilja. Vhodno izhodne naprave uporabljajo ljudje (ali drugi sistemi) za komunikacijo z računalnikom. Tipična primera vhodnih naprav sta tipkovnica in miška. Tipična predstavnika izhodnih naprav sta računalniški monitor in tiskalnik. Tipične naprave za komunikacijo z drugimi računalniki so modemi in mrežne kartice.

Komunikacija med računalnikom in njegovimi vhodno-izhodnimi napravami

Periferne naprave so strojna oprema, ki jo priljučimo na računalnik in mu s tem povečamo zmožnosti oziroma funkcionalnost.

Naprave lahko priključujemo preko nekega zunanjega vodila (na primer USB) ali posredno preko razširitvenih vmesniških kartic, ki jih vgradimo v sam računalnik.

V splošnem imajo vhodno izhodne naprave dva dela: mehanski in elektronski del. Elektronski komponenti pravimo tudi krmilnik naprave (device controller). Na en krmilnik lahko v nekaterih primerih navezujemo tudi več, običajno enakih naprav.

Kako računalnik ugotovi, s katero napravo želimo komunicirati, če je takih naprav več in so povsem enake? Vsaki napravi mora biti dodeljen en naslov (kot mora biti vsaki hiši dodeljena druga hišna številka).

Računalnik oziroma njegova procesna enota (CPE) mora imeti možnost naslavljanja poljubne lokacije v pomnilniku in poljubnega naslova perifernih naprav. Skratka vedeti mora, komu pošilja kakšen podatek oziroma od koga kakšen podatek dobiva. V splošnem veljata dva načina naslavljanja. Tako pomnilnik kot periferne naprave lahko uporabljajo isto naslovno (in podatkovno vodilo, kot kaže leva slika.

Slabost take organzacije je, da vhodno-izhodne enote "odžirajo" naslove (po domače "hišne številke") pomnilniku. To pomeni, da moramo velikost pomnilnika (oziroma njegovega naslovnega prostora) malo omejiti.

Druga organizacija, ki jo na primer omogoča tudi Intelova arhitektura in jo zasledimo v popularnih računalnikih PC, pa je, da ima centralna procesna enota ločena vhodno izhodna vrata z ločenimi naslovi. To pomeni, da eno vrsto vodila in naslovov uporablja za pomni8lnik, povsem drugo povezavo in naslove pa za periferne naprave.

Programska oprema za krmiljenje vhodno izhodnih naprav

Še en problem moramo rešiti: Računalnik uporablja za komunikacijo s perifernimi napravami posebne programske enote, takoimenovane gonilnike (drivers). Ti dejansko nadzorujejo krmilnike naprav (na primer razširitvene kartice). Iz prakse vemo, da računalnik (navidezno) istočasno izvaja tekoče programe, hkrati pa tudi vhodno izhodne operacije.

Kako je to mogoče? Saj imamo vendar v centralni procesni enoti en sam programski števec ki lahko v danem hipu koraka le po enem programu!

Trik je v tem, da periferna naprava, ki je (ko je) pripravljena na prenos podatka, zahteva od računalnika, da za hip prekine svoje delo, izvede prenos, potem pa naj kar nadaljuje prej prekinjeni program. Periferne naprave torej (pravzaprav njihovi krmilniki) pošiljajo CPE zahteve po prekinitvah. Ker so take prekinitve zelo hitre, navidezno računalnik izvaja več stvari istočasno. Koncept prekinitvenih zahtevkov prikazuje spodnja animacija.