I et system baseret på en processor , mikroprocessor , mikrokontroller eller PLC kaldes udvekslingen af information mellem processoren og det tilknyttede periferiudstyr input-output . På denne måde kan systemet reagere på ændringer i sit miljø eller endda kontrollere det. De er undertiden betegnet med akronymet I / O , afledt af den engelske I nput / O- udgang eller endda I / O for Inputs / Outputs.
I et operativsystem :
Forenklet eksempel:
Et mikroprocessorsystem indeholder nødvendigvis følgende elementer:
De forskellige elementer i systemet er forbundet med 3 busser :
Udviklingen af teknologi betyder, at systemer, der tidligere krævede flere kasser, kan integreres perfekt i en enkelt kasse, der kombinerer de forskellige funktioner; se for eksempel ADuC- familien af processorer fra Analog Devices .
En vaskemaskine er et godt eksempel på et mikroprocessordrevet styresystem. Hovedelementerne i maskinen er:
Processoren modtager information fra inputenhederne:
Baseret på disse oplysninger sender den kommandoer til outputenhederne:
Eksterne enheder er forbundet til resten af systemet via kredsløb kaldet inputporte og outputporte (nogle porte kan kombinere de to funktioner).
I det væsentlige består en inputport af tri-state buffere . Disse opfører sig som elektroniske afbrydere, der i det ønskede øjeblik viser logiske niveauer for den perifere indgang (valgt af adressebussen) på databussen; disse niveauer gemmes i et processorregister (registeret er et RAM-slot).
En outputport består i det væsentlige af flip - flops type D. Disse opfører sig som små minder. Deres input er forbundet til databussen. Processoren skriver et logisk niveau 0 eller 1 i hver af flip-flops. Flip-flops udgange styrer perifere enheder, generelt via et power stage.
En post er en strøm af data, der kommer fra enten:
Disse indgangssignaler generere Hardware interrupts der er forarbejdet på prioritet af interrupt handleren i kernen af operativsystemet .
I mikroprocessorsystemer, såsom den ovennævnte vaskemaskine, er der trykknapper og afbrydere.
Mange mikrocontrollere har tællere; de signaler, der er formet og anvendt på tælleindgangene, udgør også indgangssignaler til systemet.
I computersystemer er valget meget større: tastatur, mus , lyspen, digitizer, analoge / digitale konvertere osv.
Understreg, at for at blive behandlet af processoren, uanset hvilke signaler der skal konverteres til logiske signaler, der er kompatible med processoren. I nogle tilfælde vil det derfor være nødvendigt at placere niveauomformere eller isoleringstrin (ofte optokoblinger ).
Udgangene er forbundet med trap døre eller system opkald .
En output kan være (denne liste er ikke udtømmende):
I mikroprocessorbaserede systemer bruges lysdioder ( LED'er ) eller glødepærer som lys eller indikatorer, digitale eller alfanumeriske LED- eller flydende krystalskærme til visning af systemmeddelelser, relæer (til styring af signaler). Belastninger, der kræver høje strømme og / eller spændinger), optokoblere osv.
I computersystemer er valget stort: skærm til visning, printer til produktion af dokumenter på papir, digitale / analoge konvertere osv.
Mange enheder er både input- og outputenheder. Det modem , for eksempel, gør det muligt at sende eller modtage information fra omverdenen: elektronisk post, Internet-browsing, men også sende og modtage faxer, computer telefoni ( VoIP , Voice over IP ).
De netværkskort bruges til at tilslutte flere computere til at opnå en lokal computer netværk, som gør det muligt at dele filer og ressourcer sådant netværk printer, scanner ...
Der er også hele spektret af masselagringsenheder: harddisk , hukommelseskort , diskettedrev , DVD-drev , USB-nøgle .
På samme måde overvåger computerskærme, når de er udstyret med berøringsskærme .
Der er hovedsageligt tre måder at styre input / output på.
Under udførelsen af dets hovedprogram vil mikroprocessoren med jævne mellemrum læse tilstanden af inputenhederne og om nødvendigt ændre tilstanden for outputportene. Dette er den enkleste teknik. Eksempel: varmestyringssystem i en bygning.
Denne teknik bruges, når processoren skal reagere hurtigt på en ændring i tilstanden for en inputport. Den perifere enhed informerer processoren ved hjælp af en afbrydelseslinie, der er tilvejebragt til dette formål. Processoren afbryder den aktuelle opgave, springer ind i underrutinen, der er beregnet til at styre den specifikke anmodning rettet til den; i slutningen af underrutinen genoptager processoren udførelsen af hovedprogrammet, hvor det slap, og giver et konsekvent resultat.
Denne teknik, ofte kendt under initialerne DMA ( Direct Memory Access ), bruges, når det er nødvendigt at udføre en hurtig overførsel af en stor mængde data mellem for eksempel en CD-afspiller og en harddisk. I stedet for at overføre bytes først til et processorregister og derefter kun til harddisken, overføres bytes direkte fra en enhed til en anden uden at gå gennem processorregistrene. Dataoverførslen er organiseret af et specielt kredsløb kaldet en DMA-controller, der indtager processoren under overførslen og administrerer adresse- og kontrolbusserne.
En computers ydelse er et mål for den tid, det tager for den at udføre en given behandling. Tre elementer påvirker denne forestilling:
Tiden, der kræves til enhver databehandling, bestemmes altid af et af disse tre elementer, men den af input / output er generelt overvægtig. Faktisk tælles den tid, der er afsat til I / O-operationer i millisekunder, mens den, der er afsat til instruktionerne udført af processoren, tælles i nanosekunder.
Hukommelsens størrelse er især vigtig, for så vidt som det gør det muligt at reducere antallet af input / output-operationer, enten fordi en større del af applikationsprogrammerne kan opholde sig i hukommelsen, hvilket reducerer pagineringsfænomener eller fordi en del af denne hukommelse bruges som en buffer ( cache-hukommelse ) til lagring af datastrømmene til I / O-operationer.
Ved programmering som på systemniveau (f.eks. På mainframes ) påvirker to hardwareelementer (blandt andre) ydelsen af input / output, det vil sige deres hastighed:
Hvis CPU- eller I / O-ressourcerne er utilstrækkelige under udførelsen af en eller flere samtidige processer, taler vi om mætning.