Les entrées/sorties (par O. Forestier)

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Gestion des Entrées/Sorties
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Rappel : Constituants principaux d’un ordinateur
•Unité centrale de Traitement (Processeur) cadencé par l’horloge avec :
– UAL : Unité arithmétique et logique qui réalise les opérations élémentaires
– Unité de commande : lit les instructions en mémoire, les décode et les exécute
•Mémoire centrale
– Stocke les programmes et les données
– Enregistre les résultats intermédiaires et/ou finaux
•Unités d’Echange avec l’extérieur : Périphériques d’Entrées/Sorties
– Permet au processeur de communiquer avec l’extérieur en entrée ( clavier,
souris, disque dur, réseau) ou sortie ( écran , disque dur, réseau, processus
industriel …)
•Bus : Permet aux constituants ci-dessus de communiquer entre eux
Ecran
Horloge Processeur Mémoire
Centrale Unités d’Echanges
Bus
Clavier
Imprimante
Disque(s) dur(s)
E/S Processus
Industriels
Réseaux
.......
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Diversité des périphériques
•L’ordinateur n’est utilisable que s’il peut communiquer avec l’extérieur :
•Trois sens de communication
– Périphériques d’Entrée : clavier,souris, écran tactile, scanner , capteurs …
– Périphériques de Sortie : écran graphique, imprimante, enceintes, actionneurs …
– Périphériques d’Entrée/Sortie : disque dur, clef USB, carte réseau, modem …
•Caractéristiques très différentes
–Vitesse : de quelques octets/sec (clavier) à qq 100Mo/sec ( disque dur ou réseau)
–Format des données : bit à bit (modem) , octet par octet ou paquets de données
–Commandes : chaque périphérique a ses propres signaux pour signaler une activité au
processeur ou transférer des données ( un disque dur lance un déplacement des têtes de
lecture, une imprimante signale un manque de papier , un modem informe de l’arrivée
d’un appel entrant …)
•Diversité = frein à la connexion des périphériques sur le bus système
•=> Nécessité d’un circuit spécialisé à chaque périphérique pour gérer les
communications avec le processeur : contrôleur d’E/S ( ou coupleur d’E/S)
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Rôle du contrôleur d’E/S
•Piloter l’opération d’E/S à la place du processeur
•Formater les données et les mémoriser temporairement pour adapter leur
format et la vitesse de leur transfert
•Permettre le branchement de divers modèles de périphériques via une
interface standardisée ( interfaces //, série, SCSI, USB, FireWire …)
•Peut-être intégré à un chipset, relié à celui-ci par un bus spécifique ou encore
sur une carte d’E/S spécifique
•Chaque contrôleur contient :
–Des circuits lui permettant de s’interfacer sur un bus coté ordinateur
–Une logique de commande pour piloter le périphérique
–Une mémoire interne pour mémoriser les données en transit
–Une interface de connexion au périphérique ( on doit trouver l’équivalent dans le
périphérique)
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Gestion logicielle des E/S
•Bibliothèque de gestion du périphérique fournie : pilote (ou driver) à
installer dans le système d’exploitation, qui contient l’ensemble des fonctions
pour dialoguer avec le périphérique
•2 possibilités d’accès aux E/S par le processeur
–Par des fonctions spécialisées IN( ) et OUT( ) ? Le controleur a alors des lignes de
contrôle spécifiques.
–En intégrant l’espace mémoire du contrôleur d’E/S à l’espace mémoire général du
processeur. L’accès des différents registres du contrôleur se fait alors comme un
accès mémoire.
•Dialogue entre le processeur et le contrôleur d’E/S : 3 modes d’échanges
–Par scrutation ou interrogation ( polling)
–Par interruption
–Par DMA ( Direct Access Mémory)
–Par processeur spécialisé

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E/S par interrogation
•Le processeur interroge périodiquement le périphérique pour savoir si ce
dernier a un échange à effectuer
–Le processeur interroge le registre d’état du périphérique pour savoir si une
activité a eu lieu et s’il doit traiter une information
–Si oui , il effectue le traitement demandé
–Si non, il reviendra l’interroger plus tard
•Avantage : très simple à mettre en œuvre : simples lectures / écritures
•Inconvénient : occupation importante du processeur pour cette interrogation
•Peut-etre utilisée pour des périphériques ayant un temps de réponse court et
transférant peu de données ( ex: souris tous les 10-2 sec)
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E/S par interruption
•C’est le périphérique qui signale de lui-même au processeur qu’il a un
échange à effectuer
•Interruption = mécanisme permettant d’interrompre le processeur pour qu’il
suspende le traitement en cours pour exécuter une action prioritaire puis
qu’il reprenne le traitement en cours
•plusieurs interruptions possibles avec possibilité de hiérarchie et de
masquage
•Avantages :
–le processeur ne gaspille pas de temps à interroger un périphérique inactif
–les échanges avec les périphériques peuvent être hiérarchisés et accélérés
•Inconvénient : plus complexe à mettre en œuvre ( matériel et logiciel)
•Mode de communication très adapté aux communications asynchrones avec
des quantités de données faibles
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E/S par DMA ( Direct Access Memory)
•Consiste à donner à une unité d’échange la possibilité d’aller lire ou écrire
directement en mémoire sans passer par le processeur
•Pour réaliser ce transfert, il faut :
–Définir l’adresse de base du transfert, la taille du transfert
–Demander au processeur l’autorisation de prendre le bus d’adresses et attendre
son accord
•Avantage : accélère les gros transferts de données ( blocs)
le processeur peut faire des traitements internes ( en mémoire cache interne)
pendant ce temps
•Inconvénient : complexe, nécessite un contrôleur DMA dans le contrôleur
d’E/S, et que le processeur autorise ce type d’accès
•Utilisée pour des périphériques ayant de grandes quantités de données à
transférer ( ex: disque dur)
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E/S par processeur spécialisé
•Généralisation du transfert de données autonome à la sous-traitance de
traitements spécifiques
•Le processeur principal indique au processeur spécialisé l’adresse du
programme à exécuter et est prévenu de la fin de l’exécution par une
interruption
•Processeur très efficace car optimisé pour le domaine concerné ( ex:
processeur graphique)