I/O आर्किटेक्चर और बसें

I/O आर्किटेक्चर यह परिभाषित करता है कि एक प्रोसेसर और मेमोरी बसों, नियंत्रकों, इंटरप्ट्स और एड्रेसिंग योजनाओं के माध्यम से परिधीय उपकरणों के साथ कैसे संचार करते हैं, यह नियंत्रित करते हुए कि कमांड और डेटा बाहरी दुनिया से कैसे प्रवाहित होते हैं।

Definition

I/O आर्किटेक्चर और बसें वह संगठन और इंटरकनेक्ट्स हैं जिनके द्वारा एक कंप्यूटर का प्रोसेसर और मेमोरी परिधीय उपकरणों के साथ नियंत्रण संकेतों और डेटा का आदान-प्रदान करते हैं, जिसमें डिवाइस रजिस्टरों का एड्रेसिंग और वे तंत्र शामिल हैं जिनके द्वारा डिवाइस सेवा का अनुरोध करते हैं।

Scope

यह विषय इनपुट/आउटपुट की संरचना को शामिल करता है: बसें और पॉइंट-टू-पॉइंट इंटरकनेक्ट्स, डिवाइस कंट्रोलर और रजिस्टर, मेमोरी-मैप्ड बनाम पोर्ट-मैप्ड I/O, पोलिंग और इंटरप्ट-ड्रिवन I/O, और बस प्रोटोकॉल और आर्बिट्रेशन। यह बताता है कि उपकरणों को कैसे जोड़ा और नियंत्रित किया जाता है। इसमें बल्क-ट्रांसफर DMA तंत्र और वर्चुअलाइजेशन (I/O वर्चुअलाइजेशन और DMA) और स्वयं स्टोरेज मीडिया (द्वितीयक स्टोरेज डिवाइस) शामिल नहीं हैं।

Core questions

• प्रोसेसर द्वारा परिधीय उपकरणों को कैसे संबोधित और नियंत्रित किया जाता है?
• मेमोरी-मैप्ड और पोर्ट-मैप्ड I/O में क्या अंतर है?
• पोलिंग और इंटरप्ट-ड्रिवन I/O की दक्षता में क्या अंतर है?
• बसें और पॉइंट-टू-पॉइंट इंटरकनेक्ट्स डेटा को कैसे आर्बिट्रेट और ट्रांसफर करते हैं?

Key concepts

• डिवाइस कंट्रोलर और रजिस्टर
• मेमोरी-मैप्ड I/O
• पोर्ट-मैप्ड I/O
• पोलिंग
• इंटरप्ट्स और इंटरप्ट हैंडलर
• बसें और इंटरकनेक्ट्स
• बस आर्बिट्रेशन
• I/O एड्रेसिंग

Key theories

इंटरप्ट-ड्रिवन I/O

किसी डिवाइस को लगातार पोल करने के बजाय, प्रोसेसर अन्य काम करता रहता है और जब डिवाइस को ध्यान देने की आवश्यकता होती है तो उसे एक इंटरप्ट द्वारा सूचित किया जाता है, जिससे धीमे या रुक-रुक कर काम करने वाले उपकरणों के लिए दक्षता में काफी सुधार होता है।

Mechanisms

प्रत्येक डिवाइस को एक नियंत्रक द्वारा प्रबंधित किया जाता है जो रजिस्टर प्रदर्शित करता है जिन्हें प्रोसेसर पढ़ता और लिखता है, या तो मेमोरी-मैप्ड एड्रेस के माध्यम से या विशेष I/O पोर्ट्स के माध्यम से। प्रोसेसर इन रजिस्टरों को पोल कर सकता है या, अधिक कुशलता से, इंटरप्ट्स को सक्षम कर सकता है ताकि डिवाइस तैयार होने पर संकेत दे। बसें घटकों को जोड़ती हैं और कई मास्टर्स के बीच एक्सेस को आर्बिट्रेट करती हैं, जबकि आधुनिक सिस्टम साझा समानांतर बसों के बजाय तेजी से हाई-स्पीड पॉइंट-टू-पॉइंट सीरियल लिंक का उपयोग करते हैं।

Clinical relevance

I/O आर्किटेक्चर यह निर्धारित करता है कि एक सिस्टम स्टोरेज, नेटवर्क और अन्य उपकरणों के साथ कितनी कुशलता से संचार करता है। इंटरप्ट-ड्रिवन I/O प्रोसेसर को उपयोगी कार्य के लिए मुक्त करता है, और साझा बसों से PCI एक्सप्रेस जैसे तेज सीरियल इंटरकनेक्ट्स के विकास ने आधुनिक स्टोरेज, नेटवर्किंग और एक्सेलेरेटर हार्डवेयर द्वारा आवश्यक बैंडविड्थ को रेखांकित किया है।

History

प्रारंभिक सिस्टम ने प्रोग्राम्ड I/O और केंद्रीय आर्बिट्रेशन के साथ साझा समानांतर बसों का उपयोग किया। इंटरप्ट तंत्र और ISA और PCI जैसी मानकीकृत बसों ने लचीलेपन और प्रदर्शन में सुधार किया। PCI एक्सप्रेस द्वारा उदाहरणित हाई-स्पीड पॉइंट-टू-पॉइंट सीरियल इंटरकनेक्ट्स में बदलाव ने साझा समानांतर बसों की बैंडविड्थ और सिग्नलिंग सीमाओं को संबोधित किया।

Key figures

• John L. Hennessy
• David A. Patterson
• Abraham Silberschatz

Seminal works

• hennessy2019
• silberschatz2018

Frequently asked questions

मेमोरी-मैप्ड और पोर्ट-मैप्ड I/O में क्या अंतर है?

मेमोरी-मैप्ड I/O डिवाइस रजिस्टरों को नियमित मेमोरी एड्रेस स्पेस के भीतर एड्रेस असाइन करता है, इसलिए सामान्य लोड और स्टोर निर्देश उन्हें एक्सेस करते हैं। पोर्ट-मैप्ड I/O एक अलग एड्रेस स्पेस और डिवाइस एक्सेस के लिए विशेष निर्देशों का उपयोग करता है। आधुनिक आर्किटेक्चर में मेमोरी-मैप्ड I/O अधिक सामान्य है।

अधिकांश उपकरणों के लिए इंटरप्ट्स पोलिंग से बेहतर क्यों हैं?

पोलिंग प्रोसेसर चक्रों को बार-बार यह जांचने में बर्बाद करता है कि क्या कोई डिवाइस तैयार है। इंटरप्ट्स प्रोसेसर को अन्य काम करने देते हैं और केवल तभी सूचित करते हैं जब डिवाइस को वास्तव में सेवा की आवश्यकता होती है, जो धीमे या अप्रत्याशित रूप से प्रतिक्रिया देने वाले उपकरणों के लिए कहीं अधिक कुशल है।