I/O – Input/Output

I/O=Alle Geräte die sich zusätzlich zu CPU/HS im Computer am gemeinsamen Bus befinden.

• Massenspeicher: Festplatte, SSD (Solid State Disk)
• Netzwerkkarten (Ethernet, WLAN, …)
• USB
  • Maus / Tastatur / Externe Festplatte / USB Stick / Drucker / …
• Grafikkarte

Manche I/O Geräte (Controller) stellen einen weiteren Bus zur Verfügung

• USB
• Thunderbolt
• SATA (Festplatten)
• PCIe

Seriell / Parallel

Daten können auf 2 Arten auf einem Bus übertragen werden.

• Parallel
• Seriell

Quelle: wikipedia

Bei der parallelen Datenübertragung wird ein Byte auf einmal über 8 Leitungen übertragen (bzw. 16/32/64 Leitungen).

Bei serieller Übertragung gibt es nur eine Datenleitung, die Bits werden zeitlich hintereinander in einer bestimmten Reihenfolge übertragen.

Parallel

• Zur Anbindung der CPU an Speicher und I/O, Festplatten (SATA), Grafikkarten (PCIe)
• Hohe Geschwindigkeit
• Hoher Aufwand
• Nur für kurze Strecken (wenige cm)
  • Am oder nahe am Mainboard

Seriell

• Wenige Leitungen (schlanke Kabel)
• Weitere Strecken (mehrere Meter)
• Einfache Stecker möglich
• Kostengünstig
• Geringer Stromverbrauch
• Praktisch jedes Netzwerk, jede Anbindung von Peripheriegeräten und Monitoren verwendet aktuell serielle Datenübertragung (USB, Thunderbolt, Ethernet, …).

Eigenschaften von I/O Geräten

• Arbeiten autark, weitgehend ohne die Haupt-CPU zu belasten. Viele I/O Geräte haben dafür einen eigenen Controller mit (kleinem) Prozessor.
• Informieren die CPU per Interrupt wenn neue Daten da sind. Bsp. nach drücken einer Taste. Ein Interrupt unterbricht das aktuelle Programm in der CPU.
  • Die CPU wechselt in einen speziellen Programmcode für diesen Interrupt – ISR (Interrupt Service Routine)
  • Die CPU holt sich (nach dem Interrupt) die Daten vom I/O Gerät
  • Die CPU beendet den Interrupt und setzt das vorher unterbrochene Programm fort.
• Teilweise können I/O Geräte die Daten auch gleich direkt in den Hauptspeicher schreiben, = DMA (direct memory access).

Beispiel: Von einer Festplatte Daten lesen

• Die CPU beauftragt den Festplatten-Controller Daten zu lesen und ab einer Speicheradresse im Hauptspeicher abzulegen.
• Danach macht die CPU mit anderen Aufgaben weiter.
• Der Festplatten-Controller wird aktiv und kopiert die Daten per DMA in den Hauptspeicher.
• Der Festplatten-Controller informiert die CPU per Interrupt über das Ende des Vorgangs.
• Die ISR in der CPU wird aktiv und bearbeitet die Daten, weiters wird dem Festplatten-Controller mitgeteilt, dass seine Aufgabe beendet ist.
• Die CPU setzt das Programm das vor dem ISR aktiv war fort.