11. Siirräntäjärjestelmä ja syöttö- ja tulostuslaitteet

Esitys aiheesta: "11. Siirräntäjärjestelmä ja syöttö- ja tulostuslaitteet"— Esityksen transkriptio:

1 11. Siirräntäjärjestelmä ja syöttö- ja tulostuslaitteet
11.1 Siirrännän hierarkia sovellusohjelmataso loogisia kokonaisuuksia, tietueita ja tiedostoja ohjelman sisäisiä nimiä Readln (File1, X) Open (Tdsto, RW) käyttöjärjestelmätaso laitteisto

2 11.1 Siirrännän hierarkia sovellusohjelmataso käyttöjärjestelmätaso
rutiinit, jotka toteuttavat ja valvovat siirräntää laiteriippumaton siirräntä sovellukselle yhtenäinen tapa käyttää kaikkia siirräntäpalveluita laiteriippuva siirräntä laitteiden todelliseen käyttöön liittyvä ohjausohjelmisto koodattu laiteajureihin laitteisto

3 11.1 Siirrännän hierarkia sovellusohjelmataso käyttöjärjestelmätaso
laitteisto siirräntä voidaan toteuttaa kokonaan prosessorin valvonnassa ei hyödynnetä rinnakkaisuutta laiteohjain (siirräntään erikoistunut prosessori) huolehtii itsenäisesti siirrännästä prosessorin ja ohjainten välinen kommunikointi

4 SIIRRÄNNÄN HIERARKIA muuttujat SOVELLUS laiteriippumaton taso KÄYTTÖJÄRJESTELMÄ keskeytys laiteajurit LAITEOHJAIMET tulostus syöttö

5 laitekuvaaja yksi kutakin laitetyyppiä varten
talletettavat tiedot riippuvat laitteesta laitteen yksilöivä tunnus (väyläosoite) ohjeet laitteen käytöstä urien, sektorien ja levypintojen määrä, lohkon koko viitteet näppäimistön merkinmuunnostauluihin laitteen tilatietoa varattu/vapaa/rikki laitteeseen liittyvät semaforit viitteet jonottaviin palvelupyyntöihin viite laitetta käyttävän prosessin kuvaajaan

6 laiteriippumattoman siirrännän tehtäviä
loogisesta tiedostonimestä => käytettävän laitteen tyyppi pitää kirjaa levytilan vapaista ja varatuista alueista siirrännän puskurointi (levylohko) luku/kirjoituskohdan ylläpito tarvittaessa käynnistää fyysisen siirrännän antaa laiteajurille tehtävä

7 laiteajurin tehtäviä tehtävät riippuvat laitteesta
muodostaa parametrien ja laitekuvaajan perusteella laitetta ohjaavat käskyt esim. levylohkonumeroiden muuttaminen levypinnan, uran ja sektorin numeroiksi levypyyntöjen optimointi ohjaimella tehtävän fyysisen siirrännän käynnistys siirrännän kirjanpito siirron oikeellisuuden tarkistukset ja virheiden korjausyritykset

8 AJURI- PROSESSI MUISTI LEVYOHJAIN laiterekisterit -data -ohjaus -ok MUISTIINKUVATTU I/O: siirrettävä tieto + ohjaustiedot keskusmuistiin ‘kommunikointialueelle’ LEVY

9 PROSESSORI MUISTI LEVYOHJAIN puskuri osoite lkm DMA-SIIRTO: ohjain siirtää itsenäisesti tietoa levyltä keskusmuistiin LEVY

10 11.2 I/O-pyyntöjen käsittely
sovellusprosessi sovellusprosessi käsittelee muuttujia, tietueita, tiedostoja,.. käyttää kirjastorutiineja Readln(File1,X) Open (TdstoX,RW) oheislaitteet sovellukselle erikoistiedostoja käyttöjärjestelmä laiteohjain

11 Käyttöjärjestelmä Laiteohjain laiteriippumaton taso laiteajurit
kaikille laitteille yhteiset toiminnot laiteajurit jokaiselle laitteelle oma ajuri huolehtii kunkin laitteen erityispiirteistä Laiteohjain suorittaa fyysisen siirron laitteen ja keskusmuistin välillä

12 KÄYTTÖJÄRJESTELMÄ laite- ajuri 1 laiteriippumaton taso laite- ajuri 2
Sovellus DATA- ALUE laiteriippumaton taso laite- ajuri 2 laite- ajuri 3 Sovellus DATA- ALUE ... laite- ajuri n lohkopuskurit

13 Laite- Sovellus riippu- maton taso data- alue Laite- ajuri Laite-
Laiteriippumaton taso valmistelee ja käynnistää siirron ja jää odottamaan siirron valmistumista Laite- riippu- maton taso Sovellus data- alue Laiteajuri käynnistää pyydettäessä fyysisen I/O:n ja jää odottamaan siirron valmistumista siirtopyyntö aiheuttaa keskeytyksen ja vie prosessin WAIT-jonoon siirron valmistu- minen vie prosessin READY-jonoon ja aikanaan suoritukseen Laite- ajuri Laiteohjain suorittaa pyydetyn siirron Laite- ohjain Lohkopuskurit Käyttöjärjestelmä data laitteella

14 Esim. tiedostonlukupyyntö
Read(tiedostonro, paljonko, minne) Esim. luetaan tiedostosta nro tavua muistipaikkaan 200 = muistialueelle Taulu[0,99], joka alkaa muistipaikasta 200 Read (2, 100, 200)

15 Käyttöjärjestelmän toiminta lukupyynnön yhteydessä
laiteriippumaton taso suorittaa kaikki siirräntään liittyvät yleiset toiminnot selvittää mikä laite on kyseessä määrittää mikä levylohko on kyseessä tutkii, onko siirräntä yleensä edes tarpeen luettava tieto jo valmiina lohkopuskurissa kirjoitettavaa tietoa ei ole lainkaan muutettu tarvittaessa käynnistää siirrännän ja jää odottamaan sen valmistumista eri laitteita varten omat laiteajurit

16 käyttöjärjestelmä: laiteriippumaton taso tutkii mikä laite on kyseessä
prosessin kuvaaja PCB käytettävä laiteajuri; lohkon koko tiedostokuvaajataulu laitekuvaajat nimi, laitenumero =‘levynro’ uid, gid rwx-bitit r/w-positio lohkonumerot avoimet tiedostot -taulu ….

17 käyttöjärjestelmä: laiteriippumaton taso
lukupositio ja lohkon koko => monesko tiedoston lohko => lohko 0 lukupositio = 0 => tiedoston alku etsi numeron perusteella lohkopuskurista jo löytyy, luetaan sieltä jos ei löydy varaudutaan levylukuun lohkoa 0 ei löydy lohkopuskurista lohkopuskureita lohko 6 lohko 10 lohko 3

18 käyttöjärjestelmä: laiteriippumaton taso
levyltä lukeminen varataan lohkolle puskuri muodostetaan ko. laitteen ajuria varten pyyntöpaketti (lue, puskurin osoite, lohkonumero) viedään paketti ajurin jonoon lohkopuskureita lohko 6 lohko 3 varataan lohkolle 0 puskuri 1

19 Down (Pyyntö_palveltu * jää odottamaan
levyn laiteajurin työjono lue, puskurinro (=1) lohkonro (=0) Laiteriippumaton taso herättää laiteajurin ja jää odottamaan siirron valmistumista Up(Pyyntö_odottaa) *herätä ajuri Down (Pyyntö_palveltu * jää odottamaan

20 Laiteajuri toista Down(Pyyntö_odottaa) Ota pyyntöpaketti jonosta
muuta se laiteohjaimen ymmärtämään muotoon; käynnistä fyysinen I/O; Down(Siirto_valmis) jos virhe, niin ilmoita ylöspäin Up(Pyyntö_palveltu) tuhoa palvelupyyntöpaketti ikuisesti

21 Laiteohjaimen ymmärtämään muotoon
Laske laitekuvaajassa olevan tiedon perusteella tiedon sijainti levyllä levypinta, ura, sektori ja siirrettävien sektoreiden määrä ilmoita laiteohjaimelle mistä = levyosoite minne = lohkopuskurin osoite paljonko = lohkon koko (esim. levyn sektoreina) operaatio = lue

22 Laiteohjain Tutki tehtävät operaatiot laiterekistereistä
prosessorin ja ohjaimen välinen kommunikointialue mistä = levyosoite minne = lohkopuskurin osoite paljonko = lohkon koko operaatio = lue Tee fyysinen DMA-siirto ensin laitteelta omaan puskuriin ja sieltä vähitellen keskusmuistin lohkopuskuriin Talleta tieto onnistumisesta laiterekisteriin Aiheuta keskeytys

23 keskeytys ja sen käsittely
laitekeskeytys selvitä keskeyttäneen laitteen numero etsi laitteen (=levyn) laitekuvaaja mikä ajuri kyseessä Up(Siirto_valmis) * herättää juuri tätä * siirtoa odottava * ajurin

24 11.3 Syöttö Tärkeimmät syöttölaitteet näppäimistö
hiiret / ohjaussauvat / ohjauspallot / ohjausrasiat kuvanlukijat (‘skannerit’) puhesyöttö hahmontunnistus

25 Näppäimistö näppäimen painallus aiheuttaa keskeytyksen
näppäimistön ajuri saa näppäimen numeron ajuri muuttaa näppäimen numeron esim. ASCII-koodiksi muunnos tapahtuu merkkitaulun avulla näitä on monenlaisia

26 Hiiri voidaan liittää sarjaporttiin tai erityiseen hiiriliitäntään
langattomat hiiret mekaaniset vs. optiset hiiret muita hiirimäisiä syöttölaitteita ohjaussauvat ohjauspallot ohjausrasiat

27 Kuvanlukija (skanneri)
käsiskannereita tai isompia taso- ja rumpuskannerit erilaisia tarkkuuksia, värillisiä tai mustavalkoisia esim. 600*300 kuvapistettä valaistusta kuvasta heijastuvan valon voimakkkuus koodataan numeeriseen muotoon valoherkkien elementtien avulla harmaasävykuvissa yleensä 0 = musta ja 255 = valkoinen

28 Koodinlukijat juovakoodi (viivakoodi) magneettiraita kirjaimet

29 Puhesyöttö vaikeaa lyhyiden komentojen antaminen helpompaa
äänen, ääntämyksen, puhenopeuden vaihtelut, äänensävy, taustahälina lyhyiden komentojen antaminen helpompaa käyttäjän puheen mallinnus käytetään jo jonkin verran

30 Virtuaalitodellisuus
lumetodellisuus keinotodellisuus, tekotodellisuus, näennäistodellisuus virtual reality (VR) artificial reality datahanskat, -puku, -kypärä jne

31 11.4 Tulostus Tärkeimmät tulostuslaitteet kirjoittimet piirturit
mustesuihkukirjoittimet laserkirjoittimet matriisikirjoittimet piirturit näyttö katodisädeputkinäyttö puolijohdenäyttö

32 Tulostimet tulostusmateriaali tulostustarkkuus paperi, kalvot
muovipohjaiset ‘glossy-arkit’ valokuvatulostukseen mikrofilmit, -kortit kangas, jne tulostustarkkuus mittayksikkönä dpi = dots per inch

33 Värit yleensä käytössä CMYK-tekniikka vrt. näyttöjen RGB
Cyan-Magenta-Yellow-blacK vrt. näyttöjen RGB Red-Green-Blue

34 Matriisikirjoitin dot matrix printer vanha tekniikka
merkit 7*5 … 30*50 pistettä tarvitaan 7-30 neulaa ja värinauha myös grafiikka mahdollinen iskukirjoitin vrt. kiekkokirjoitin, rivikirjoitin jatkolomakkeet

35 Mustesuihkukirjoitin
ink jet printer pisarankoko -> pistekoko -> resoluutio pieniä pisaroita, jopa vain muutama pikolitra 1 pikolitra = 10 ^-12 eli yksi tuhannesmiljardisosa litraa 100 pl pisaran halkaisija n. 100 mikrometriä filminegatiivin pistekoko on suuruusluokkaa 1 mikrometri (riippuu filmistä)

36 Toiminta paperi pyörii sylinterillä
tulostinpää liikkuu paperin yli vaakasuunnassa lämmitetty muste (C/M/Y/K) suihkuaa suutinmatriisin pienistä rei’istä mustepisaran lähettämiseen voidaan käyttää myös sykkivää piezosähkökidettä vähän liikkuvia osia

37 Laserkirjoitin yleensä, varsinkin mustavalkoisena mustesuihku on nopeampi ja usein myös tulostuskustannuksiltaan pienempi tarkkuus esim dpi 600 dpi (pistettä tuumalla): väripisteen koko n. 42 mikrometriä nopeus esim s/min

38 tarvitaan muistia sivun tallentamiseen
lasersäde piirtää pyörivän, negatiivisesti varautuneen valoherkän rummun pintaan kuvan, johon väriaine tarttuu laserkoneisto ei liiku; säteen ohjaus peilillä lopuksi puristus ja lämmitys tarvitaan muistia sivun tallentamiseen värilaserissa rummulle vain yksi väri kerrallaan

39 PostSript-kirjoittimelle tuleva tieto voi sisältää
kirjoittimen ohjauskoodeja merkistöjä tulostettavaa tekstiä viivagrafiikkakomentoja bittikarttoja

40 Vahasuihkukirjoitin nopeaan väritulostukseen värit ‘vahaliituina’
runsaasti suuttimia -> tulospää ei liiku paljoa 1200 dpi:tä jo mahdollinen

41 Sublimaatiotulostin väriaine muovikalvolla
neljän värin peräkkäisiä kenttiä rullalla väriä tuhlaantuu lämpöelementtien rivi siirtää värin paperille (väriaine höyrystyy) laaja sävyskaala, hyvä tulostusjälki

42 Piirturit taso- ja rumpupiirturit esim. mustesuihkutekniikka tai kynät
mm. tekniseen piirtämiseen merkitys vähentynyt

43 Näyttö: katodisädeputki
Cathod-Ray Tube, CRT tyhjiöputki, kuvapinta peitetty fosforoivalla aineella elektronisuihku elektronitykistä fosforoitua pintaa pyyhitään juovia pitkin suihkunvalvontaelektroniikka sytyttää fosforipisteen eli pikselin (pixel, picture element) virkistys esim kertaa sekunnissa

44 Näyttö: puolijohdenäyttö
etenkin kannettavissa mikroissa, myös muissa merkit ja kuviot muodostetaan nestekiteiden, kaasuplasman tai elektroluminenssin avulla

45 Muistiinkuvattu näyttö
memory-mapped display prosessori tulostaa näytölle viemällä tulostettavat tiedot näyttömuistiin näytönohjain ( eli näyttöä ohjaavat piirit) käy useita kertoja sekunnissa lukemassa alueen sisällön ja tulkitsee sen näytölle

46 Tekstin tulostus näyttö voidaa jakaa esim. 25 riviin ja 80 sarakkeeseen jos tarvitaan tavu merkkiä kohden, näytöllinen tekstiä (näyttötaulu) vaatii noin 2 KB muistia lisäksi tarvitaan merkkitaulu, jossa on merkkien kuvat pistematriiseina (fontit) näyttötaulun alkioon tallennetaan indeksi merkkitauluun

47 Grafiikan tulostus kuvapuskurissa on yhtä monta alkiota kuin näytöllä on pikseleitä värit saadaan sinisestä, punaisesta ja vihreästä (RGB) Esim. VGA, SVGA 640*480 / 256 väriä 800*600 / 256 tai väriä 1024*768 / 256 tai väriä

48 Äänikortit yleensä vähintään 16-bittisiä ja Sound Blaster -yhteensopivia MIDI