Оролт\Гаралт

Компьютерийн үндсэн хоёр үйлдэл нь Оролт\Гаралт ба тооцоололт юм. Үйлдлийн систем нь Оролт\Гаралтын үйлдэл ба төхөөрөмжүүдийг удирдах, хянах ажилыг гүйцэтгэдэг. Компьютерт маш олон төрлийн Оролт\Гаралтын төхөөрөмжүүд ашигладаг ба тэдгээрийг оновчтойгоор удирдах нь компьютерийн систем зохион бүтээгчдэд маш их үндрэл учруулдаг. Компьтерийн хурд сүүлийн хэдэн жилд, жил бүр 50% - 80%- оор нэмэгдэж байна. Гэтэл Оролт\Гаралтын төхөөрөмжийн хурд жилээс жилд 5% орчмоор л нэмэгдэж байна. Уншигчид мурын хуулийн тухай мэдэх бизээ. Гэтэл үүнтэй зэрэгцэн Амдалийн хууль гэж байдаг. Энэ нь “Системийн ажиллах хурд нь уг системийн хамгийн удаан бүрдэл хэсгийн хурдаар тодорхойлогдно” хэмээх хууль юм. Компьтерийн хөгжлийг харахад
1. Процессорын хурд 18 сар тутам 2 дахин өсч байна.
2. Санах ойн хэмжээ 18 сар тутам 2 дахин өсч байна.
3. Дискний багтаамж 12- 18 сард 2 дахин өсч байна.
4. Дискнээс унших хурд 10 жил тутамд 2 дахин өсч байна.

Оролт\Гаралтын технологийг зохин бүтээгчид хоорондоо үл авалцах хоёр асуудлыг шийдэх шаардлагатай болдог. Эхний асуудал нь орчин үеийн компьтерийн системд бүх техник хангамж, технологиуд нэгтгэгдэн, стандартчлагдаж байна. Нөгөө талаас өдөр ирэх тутам урьд нь огт байгаагүй, хэний ч төсөөлж байгаагүй техник тоног төхөөрөмжүүд шинээр ашиглалтанд орсоор байна. Эдгээрийг урьд зохиосон стандарт, Оролт\Гаралтын технологи, ойлголтуудад багтаах нь хүндрэлтэй юм. Иймээс ч урьд ашиглаж байсан порт, бүтээх нь улам хүнд болсоор байна.

1. Оролт\Гаралтын төхөөрөмжүүд
Оролт\Гаралтын үйлдэлд олон тооны ялгаатай төхөөрөмжийг ашигладаг. Тэдгээрт хэрэхн хандах, ангилах нь Оролт\Гаралтын үйлдлийг хийхэд онц чухал үүрэгтэй.

- Оролт \ Гаралтын төхөөрөмжийн ангилал – Оролт \ Гаралтын төхөөрөмжийг олон шинж чанараар нь ангилаж болно. Энд ямарваа нэгэн тодорхой нэгдсэн ангилал байдаггүй боловч тодорхой шинж чанараар нь ангилдаг.
- Харьцах объкет – Хүн буюу машинтай харьцах эсвэл дэд системүүдийг холбох зэрэгт Оролт \ Гаралтын төхөөрөмжийг ашигладаг.
- Мэдээлэл дамжуулах хурд – Гар буюу хулгана нь маш бага хурдтайгаар мэдээлэл дамжуулдаг (секундэд хэдэн арван байт) бол график карт, gigabit Ethernet (гитабитийн сүлжээ) зэрэг нь секундэд хэдэн сая байт мэдээлэл дажуулдаг.
- Ашиглах програм хангамж – Төхөөрөмжийг удирдах, харьцах програм хангамж нь төхөөрөмж бүрд ялгаатай байдаг. Гар буюу хулганыг удирдах програм хангамж нь энгийн байхаас гадна үйлдлийн системд бага зэрэглэлтэй байхад (ашиглах давтамж багатай тул) харин график карт, өндөр хурдтай сүлжээний төхөөрөмжүүдийг удирдах програм хангамж нь үйлдлийн системд маш өндөр зэрэглэлтэй байдаг. үйлдлийн систем нь Орол/Гаралтын төхөөрөмжтэй харьцахын тулд уг төхөөрөмжийн удирдлагын регистрт удирдлагын мэдээлэлийг бичих эсвэл унших уг төхөөрөмжийн хаягаас мэдээлэлийг унших эсвэл бичих аргаар харьцана.

Үүнд зарим Оролт/Гаралтын төхөөрөмжийн үндсэн санах ойн нэг хэсэг байдлаар хаягладагийг (memory mapping буюу санах ойн хаяглалт) тэмдэглэн хэлэх нь зүйтэй. Үүнд төхөөрөмжийн санах ойг үндсэн санах ойн нэг хэсэг болгон хаяглах эсвэл удирдлагын регистрүүдийг үндсэн санах ойн нэг хэсэг болгон хаяглах нь төхөөрөмж үйлдлийн системээс шалтгаалдаг.

- Удирдлагын хүндрэл- Төрөл бүрийн төхөөрөмжийг удирдах нь гарах хүндрэлийн хувьд янз бүр байна. Мөн ашиглаж буй технологийн төрөл бүрийн техник хангамжийн хувьд нэвтрүүлэх нь томоохон хүндрэл учруулна. 1- р бүлэгт авч үзсэн технологиудаас санах ойн шууд хандалтыг технологийг удирдахад хамгийн хүнд байх нь ойлгомжтой.

- Дамжуулах мэдээллийг хэмжих нэгж- төхөөрөмжөөр дамжиж буй мэдээллийг төрөл бүрийн нэгжээр хэмждэг (бит/сек, байт/сек гэх мэт). Төхөөрөмжийн хурд, онцлогоос шалтгаалан хэмжих нэгж нь ялгаатай байна. үүгээр ч барахгүй төхөөрөмжид өгөгдөл багцаар (блокоор) (жишээ: диск) буюу эсвэл урсгалаар (жишээ: гар) дамжиж болно.

- Өгөгдлийн дүрслэл- Өгөгдлийн хэрхэн дүрсэлж буй хэлбэр, стандартаар нь оролт/гаралтын төхөөрөмжийг ангилж болно. Жишээ: Гарнаас өгөгдөл ямар нэг кодлолтгүйгээр төхөөрөмжид шууд очдог бол мэдээллийг дэлгэцэнд дүрслэхдээ дэлгэцийн горим зэргээс хамааран нарийн кодолж өгдөг.

- Алдаа боловсруулалт – Дамжиж буй өгөгдөлд гарч буй алдааг боловсруулах хэлбэр нь төхөөрөмжүүдэд ялгаатай байх нь бий. Мөн алдаа гарсан тохиолдолд үзүүлэх хариу үйлдэл нь төхөөрөмж бүрийн хувьд өөр байдаг.

Оролт/ гаралтын төхөөрөмж нь асар олон төрөл байдаг ч тэдгээртэй харьцахад энгийн болгох үүднээс төхөөрөмж удирдах программ (device driver) ашиглан бүгдийг нэг ижил буюу ойролцоо интерфейстэй болгож өгдөг. (Зураг 1) Өөрөөр хэлбэл төхөөрөмж байдаг ч тэдгээрийг удирдах техник хангамж нь цөөн төрөл, төхөөрөмж удирдах программ бүр цөөн тоотой байдаг. Ингэснээр үйлдлийн системийн оролт гаралтын удирдах дэд систем нь нэг доор олон тооны ялгаатай төхөөрөмж удирдах боломжтой болдог. Үйлдлийн системийн цөм нь оролт / гаралтын дэд системийн хэдэн функц дуудах үйлдэл л хийдэг. Энэ санаа нь урьд авч үзсэн давхаргад архитектур юм.
Оролт / Гаралтын үйлдлийг удирдахын тулд үйлдлийн системд олон тооны өгөгдлийн бүтэц ашигладаг. Эдгээрт оролт / гаралтын төхөөрөмжүүдийн хувиарлалт, тэдгээрт хандах эрх гэх мэтчилэн мэдээллийг хадгалдаг.

2. Оролт/Гаралтын технологи

- Програмчилсан Оролт / Гаралт ба завгүй хүлээлт
Оролт/Гаралтын үйлдэл нь комьпютертэй зэрэг үүссэн гэж үзэж болно. Анх оролт/гаралтын үйлдлийг polling буюу завгүй хүлээлт ашиглан гүйцэтгэдэг байсан. Энэ нь процессор мэдээлэл боловсруулах үйлдлээс гадна Оролт/гаралтын төхөөрөмжийн төлвийг байнга шалган, оролт / гаралтын үйлдэл хийхэд бэлэн болмогц уг үйлдлийг гүйцэтгэж эхэлнэ. Оролт / Гаралтын үйлдлээр дамжиж буй бүх өгөгдөл процессороос дамждаг завгүй хүлээлтийн үйлдэл нь өөрөө оновчтой үйлдэл юм. Энэ үйлдэл нь дотроо дэд үйлдлүүдийг агуулдаг.
1. Оролт/гаралтын төхөөрөмжийн төлвийн биетийг агуулсан байтыг авах
2. Төлвийн байтад логик ба үйлдэл хийж,оролт / гаралтын төхөөрөмжмйн төлвийн биетийг гарган авах
3. Хэрэв (IF) үйлдэл хийх

Эдгээр үйлдлийг нэг удаа гүйцэтгэх нь хангалттай хурдан, оновчтой юм. Гэтэл оролт/гаралтын үйлдлийг хийхийн тулд завгүй хүлээх арга буюу програмчилсан оролт/гаралт нь мөч тутамд төхөөрөмжийн төлвийг шалгах хэрэгтэй болдог. Үүгээр ч барахгүй энэ технологи нь мультипрограмчлалын ашиглаж буй үед процесс хооронд удирдлага шилжих ажлыг хүндрүүлдэг. Учир нь урсгалаар орж ирж буй мэдээллийг цаг тухайн үед нь олж авахын тулд (цаг тухайн үед олж авахгүй бол дахин сэргээн авах боломжгүйгээр алдагдана) процесс хоорондын удирдлага шилжилтийг хийхдээ маш болгоомжтой байх хэрэгтэй. Анхны компьютеруудад оролт/гаралтын бүх үйлдлийг төв процессор хариуцдаг байсан бол цаашид програмчилсан оролт/гаралтын үйлдлийг тусад нь нэг модуль болгон гаргасан. Ингэснээр төв процессорын ачаалал бага зэрэг буурах төдийгүй оролт / гаралтын үйлдэлтэй холбоотой бүх нарийн үйл явцыг төв процессор удирдахаа байсан. Ингэснээр оролт/гаралтын олон тооны төхөөрөмжтэй нэгдсэн интерфейсээр харьцах боломж улам өргөссөн.

- Тасалдал ба тасалдлаар удирдах Оролт/Гаралт
Програмчилсан оролт/гаралтын үйлдлийн хамгийн том сул тал нь оролт/гаралтын төлвийг байнга шалгах явдал юм. Иймээс процессорт оролт/гаралтын үйлдэл хийх шаардлагатай байгаагаа тасалдалаар мэдэгдэх аргыг ашиглах болсон. Ингэснээр завгүй хүлээлт байхгүй болох ч оролт/гаралтын үйлдэлд оролцож буй бүх мэдээлэл процессороор дамжсан хэвээрээ л байсан. Өөрөөр хэлбэл оролт/гаралтын үйлдлийг эхлүүлэх ба дуусгах ажлыг тасалдалаар мэдэгдэх болсоноор завгүй хүлээлт байхгүй болсон боловч оролт/гаралтын үйлдлийн үеэр дамжиж буй бүх мэдээлэл төв процессороор дамжсан хэвээрээ л байсан. Өмнөх технологит хэрэглэж байсан оролт/гаралтын модулийг өргөтгөн програмчилсан оролт/гаралтын технологийг бус тасалдалаар удирдах боломжтой оролт/гаралтын модулийг ашиглах болсон.

- Санах ойн шууд хандалт(DMA)
Оролт/гаралтын технологи нь хөгжсөөр оролт/гаралтын үйлдлийг гүйцэтгэгч нь өөрийн гэсэн санах ойтой тусдаа процессор болж хувирсан. Оролт /гаралтын үйлдлээр дамжиж буй бүх мэдээлэл процессороор бус, очих (авах) ёстой санах ойн хаягтай Оролт/Гаралтын үйлдэл хийж буй төхөөрөмжтэй шууд харьцах аргыг ашигласан нь техникийн нэгэн дэшэл юм. Энэ аргыг санах ойн шууд хандалт (Direct Memory Access - DMA) гэж нэрлэдэг. Энэ тохиолдолд төв процессор 2 удаа Оролт/Гаралтын үйлдлийн улмаас ажиллана. Энэ нь зохих хаягт бичих буюу хаягаас унших үйлдэлд эрх нээх, дараа нь уг эрхийг хаах үйлдлүүд юм. Санах ойн шууд хандалтын модулийг олон хэлбэр, хэмжээтэйгээр хийдэг. Жишээ нь: Оролт/Гаралтын бүх төхөөрөмжид DMA модулийг (Оролт/Гаралтын процессорыг) бүх Оролт/Гаралтын төхөөрөмжид ашигладаг. Ер нь DMA модулийн олон хэлбэрээр ашиглаж ирсэн.

Анхандаа DMA нь бусад бүх төхөөрөмжийн адилаар системийн сувгийг ашигладаг байсан. Ингэснээр процессорын үйл ажиллагаанд мэдэгдэхүйц өөрчлөлт гараагүй. Дараа нь DMA ба Оролт/Гаралтыг нэгтгэсэн. Ингэснээр Оролт/Гаралтын төхөөрөмжийг санах ойтой шууд холбох боломжтой болсон. Энэ арга нь системийн үйл ажиллгааны хурдыг мэдэгдэхүйц дээшлүүлсэн. Гэвч системийн сувгийг бүх төхөөрөмж хуваан хэрэглэснээс үүдэн гардаг процессорын удаашралтыг шийдэж чадаагүй. Үүнийг Оролт/Гаралтын үйлдэлд тусдаа суваг ашигласнаар шийдсэн. Ингэснээр Оролт/Гаралтын үйлдэлд системийн сувгийг ашиглан процессорын үнэт цагийг гарздахгүй болно. Гэвч Оролт/Гаралтын төхөөрмж санах ойтой ажиллахын тулд системийн сувгийг ашигласан хэвээр байна. Үүний тулд процессороос дамжиж буй мэдээллийг түр зогсоон Оролт/Гаралтын төхөөрөмжийн өгөгдлийг системийн сувгаар дамжуулдаг. Өөрөөр хэлбэл системийн сувгаар мэдээлэл дамжих засварт Оролт/Гаралтын төхөөрөмжийн өгөгдлийг дамжуулдаг.