1

11. Siirräntäjärjestelmä ja syöttö- ja tulostuslaitteet

11.1 Siirrännän hierarkia sovellusohjelmatasosovellusohjelmataso

loogisia kokonaisuuksia, tietueita ja tiedostoja

ohjelman sisäisiä nimiä Readln (File1, X) Open (Tdsto, RW)

käyttöjärjestelmätaso laitteisto

11.1 Siirrännän hierarkia sovellusohjelmataso käyttöjärjestelmätasokäyttöjärjestelmätaso

– rutiinit, jotka toteuttavat ja valvovat siirräntää– laiteriippumaton siirräntä

sovellukselle yhtenäinen tapa käyttää kaikkia siirräntäpalveluita

– laiteriippuva siirräntä laitteiden todelliseen käyttöön liittyvä ohjausohjelmisto koodattu laiteajureihin

laitteisto

11.1 Siirrännän hierarkia sovellusohjelmataso käyttöjärjestelmätaso laitteistolaitteisto

– siirräntä voidaan toteuttaa kokonaan prosessorin valvonnassa

ei hyödynnetä rinnakkaisuutta– laiteohjain (siirräntään erikoistunut prosessori)

huolehtii itsenäisesti siirrännästä prosessorin ja ohjainten välinen kommunikointi

4

muuttujat

SOVELLUS

laiteriippumaton taso

KÄYTTÖJÄRJESTELMÄ

laiteajurit

LAITEOHJAIMET

syöttö

keskeytys

tulostus

SIIRRÄNNÄN HIERARKIA

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

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

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

LEVY

LEVYOHJAIN AJURI- PROSESSI

MUISTIINKUVATTU I/O:siirrettävä tieto + ohjaustiedotkeskusmuistiin ‘kommunikointialueelle’

laiterekisterit

MUISTI

-data-ohjaus-ok

LEVY

LEVYOHJAINPROSESSORI MUISTI

osoite

lkm

puskuri

DMA-SIIRTO:ohjain siirtää itsenäisesti tietoa levyltäkeskusmuistiin

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 laiteriippumaton taso

– kaikille laitteille yhteiset toiminnot

laiteajurit– jokaiselle laitteelle oma ajuri– huolehtii kunkin laitteen erityispiirteistä

Laiteohjain suorittaa fyysisen siirron laitteen ja

keskusmuistin välillä

lohkopuskurit

laiteriippumatontaso

laite-ajuri 1

laite-ajuri 2

laite-ajuri 3

KÄYTTÖJÄRJESTELMÄ

laite-ajuri n

..

.

SovellusDATA- ALUE

Sovellus DATA-ALUE

Sovellus

Laite-ohjain

Laite-riippu-matontaso

Laite-ajuri

Lohkopuskurit

Käyttöjärjestelmä

data-alue

datalaitteella

siirtopyyntöaiheuttaakeskeytyksenja vie prosessinWAIT-jonoon

siirron valmistu-minen vie prosessin READY-jonoonja aikanaansuoritukseen

valmistelee ja käynnistääsiirron ja jää odottamaansiirron valmistumista

Laiteriippumaton taso

Laiteajuri käynnistää pyydettäessä fyysisen I/O:nja jää odottamaan siirronvalmistumista

Laiteohjain suorittaapyydetyn siirron

14

Esim. tiedostonlukupyyntö

Read(tiedostonro, paljonko, minne) Esim. luetaan tiedostosta nro 2 100 tavua

muistipaikkaan 200 = muistialueelle Taulu[0,99], joka alkaa

muistipaikasta 200

Read (Read (22, 100, 200), 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

käyttöjärjestelmä: laiteriippumaton taso tutkii mikä laite on

kyseessäprosessin kuvaaja PCB

tiedostokuvaajataulu

0 1 2 2 3 4 ...

avoimettiedostot-taulu

nimi,laitenumero =‘levynro’laitenumero =‘levynro’uid, gidrwx-bititr/w-positior/w-positiolohkonumerot….

laitekuvaajat

käytettävä laiteajuri;lohkon kokolohkon koko

käyttöjärjestelmä: laiteriippumaton taso lukupositio ja lohkon koko => monesko

tiedoston lohko => lohko 0lohko 0– lukupositio = 0 => tiedoston alku

etsi numeron perusteella lohkopuskurista– jo löytyy, luetaan sieltä

– jos ei löydy varaudutaan levylukuun

lohkopuskureita

lohko 3

lohko 6lohko 10

lohkoa 0 eilöydylohkopuskurista

18

käyttöjärjestelmä: laiteriippumaton taso levyltä lukeminenlevyltä lukeminen

varataan lohkolle puskuri muodostetaan ko. laitteen ajuria varten pyyntöpaketti (lue, puskurin osoite, lohkonumero) viedään paketti ajurin jonoon

lohkopuskureita

lohko 3

lohko 6

varataan lohkolle 0 puskuri 1

levyn laiteajurin työjono

lue,puskurinro (=1)lohkonro (=0)

Laiteriippumaton taso herättää laiteajurin ja jää odottamaan siirron valmistumista

Up(Pyyntö_odottaa) *herätä ajuri*herätä ajuri Down (Pyyntö_palveltu * jää odottamaan* jää odottamaan

Laiteajuri toista

Down(Pyyntö_odottaa)Down(Pyyntö_odottaa)

Ota pyyntöpaketti jonosta

muuta se laiteohjaimen ymmärtämään

muotoon;

käynnistä fyysinen I/O;

Down(Siirto_valmis)Down(Siirto_valmis)

jos virhe, niin ilmoita ylöspäin

Up(Pyyntö_palveltuUp(Pyyntö_palveltu))

tuhoa palvelupyyntöpaketti ikuisesti

Laiteohjaimen ymmärtämään muotoon

Laske laitekuvaajassa olevan tiedon perusteella tiedon sijainti levyllä levypinta, ura, sektori

ja siirrettävien sektoreiden määrä ilmoita laiteohjaimelle

mistä = levyosoiteminne = lohkopuskurin osoitepaljonko = lohkon koko (esim. levyn sektoreina)operaatio = lue

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 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

– mustesuihkukirjoittimet– laserkirjoittimet– matriisikirjoittimet

piirturit näyttö

– katodisädeputkinäyttö– puolijohdenäyttö

32

Tulostimet

tulostusmateriaali paperi, kalvot muovipohjaiset ‘glossy-arkit’

valokuvatulostukseen mikrofilmit, -kortit kangas, jne

tulostustarkkuus mittayksikkönä dpi = dots per inch

33

Värit

yleensä käytössä CMYK-tekniikka 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. 300-1200 dpi 600 dpi (pistettä tuumalla): väripisteen

koko n. 42 mikrometriä nopeus esim. 10-1000 s/min

38

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. 50-90 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 65000 väriä 1024*768 / 256 tai 65000 väriä

48

Äänikortit

yleensä vähintään 16-bittisiä ja Sound Blaster -yhteensopivia

MIDI