Устройства ввода-вывода

Одна из важнейших функций операционной системы состоит в управлении всеми устройствами ввода-вывода компьютера. Операционная система должна давать этим устройствам команды, перехватывать прерывания и обрабатывать ошибки. Она должна также обеспечить простой и удобный интерфейс между устройствами и остальной частью системы. Интерфейс, насколько это возможно, должен быть одинаковым для всех устройств (для достижения независимости от применяемых устройств).

Операционная система управляет устройствами ввода-вывода. Программное обеспечение ввода-вывода составляет существенную часть операционной системы.

ОС имеет дело с интерфейсом, предоставляемым аппаратурой программному обеспечению, - команды, принимаемые аппаратурой, выполняемые ею функции и ошибки, о которых аппаратура может сообщить. В то же время программирование многих устройств ввода-вывода часто оказывается тесно связанным с их внутренним функционированием.

Устройства ввода-вывода можно разделить на две категории: блочные устройства и символьные устройства.

Блочныминазываются устройства, хранящие информацию в виде блоков фиксированного размера, причем у каждого блока имеется адрес. Обычно размеры блоков варьируются от 521 до 32 768 байт. Важное свойство блочного устройства состоит в том, что каждый его блок может быть прочитан независимо от остальных блоков. Наиболее распространенными блочными устройствами являются диски.

Другой тип устройств ввода-вывода - символьные устройства. Символьное устройство принимает или предоставляет поток символов без какой-либо блочной структуры. Оно не является адресуемым и не выполняет операцию поиска. Принтеры, сетевые интерфейсные карты, мыши и большинство других устройств, не похожих на диски, можно рассматривать как символьные устройства.

Некоторые устройства не попадают ни в одну из категорий. Например, часы не являются блок-адресуемыми. Они также не формируют и не принимают символьных потоков. Вся их работа состоит в инициировании прерываний в строго определенные моменты времени. Экраны отображения памяти также не попадает в рамки этой модели. И все же модель блочных и символьных устройств является настолько общей, что может использоваться в качестве основы для достижения независимости от устройств некоторого программного обеспечения операционных систем, имеющего дело с вводом-выводом. Например, файловая система имеет дело с абстрактными блочными устройствами, а зависимую от устройств часть составляет программному обеспечению низкого уровня.

Устройства ввода-вывода покрывают огромный диапазон скоростей, что создает определенные трудности для программного обеспечения, которому приходится обеспечивать хорошую производительность на скоростях передачи данных, различающихся несколькими порядками. Со временем у многих устройств появляются все более быстрые новые модели.