เทคนิคการทำงานของไอโอ

การเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรง หรือ DMA (Direct Memory Access)
ในเทคนิคนี้จะมีการแลกเปลี่ยนข้อมูลกันโดยตรงระหว่างไอโอโมดูลและหน่วยความจำหลัก โดยโปรเซสเซอร์ไม่มีส่วนเกี่ยวข้องเลย
จะต้องมีเงื่อนไขหลัก 3 ประการคือ
1.ต้องมีวิธีการเชื่อมต่อของไอโอและหน่วยความจำ
2.ไอโอโมดูลที่สัมพันธ์กับดีไวซ์เฉพาะแบบจะต้องสามารถอ่านและเขียนข้อมูลในหน่วยความจำได้
3.ต้องหลีกเลี่ยงปัญหาระหว่างซีพียูและไอโอโมดูล

การเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรง
1.เหมาะสำหรับการถ่ายโอนข้อมูลบนดิสก์ความเร็วสูง
2.ซีพียูไม่มีส่วนเกี่ยวข้องในขณะถ่ายโอน ทำให้สามารถทำงานอื่นได้
3.มีประโยชน์เป็นอย่างมากในระบบมัลติยูเซอร์
4.การถ่ายโอนจะอยู่ในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง
5.ใช้โมดูลเพิ่มเติมที่เรียกว่า ดีเอ็มเอโมดูล (DMA Module) ในบัสหลัก
6.เลียนแบบการทำงานของโปรเซสเซอร์ สามารถถ่ายโอนข้อมูลในหน่วยความจำผ่านบัสหลักได้
7.ไม่ขัดขวางกาทำงานของโปรเซสเซอร์ ทำให้ทำงานได้อย่างต่อเนื่อง การทำงานแบบนี้เรียกว่า
“การขโมยวงรอบเวลา” (cycle stealing) ไดอะแกรมของการเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรง
การเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรงและจุดแยกสัญญาณอินเทอร์รัพต์ในวงรอบคำสั่ง

ข้อมูลที่ต้องมีเพื่อควบคุมการเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรง
1.ตำแหน่งของข้อมูลของไอโอดีไวซ์
2.ตำแหน่งเริ่มต้นของบล็อกข้อมูลในหน่วยความจำ
3.ขนาดของบล็อกที่ถูกถ่ายโอน
4.ทิศทางของการถ่ายโอน, อ่าน (ไอโอไปหาหน่วยความจำ)
หรือเขียน (หน่วยความจำไปหาไอโอ)


รูปแบบการเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรง
ทุกโมดูลใช้บัสร่วมกัน โดยดีเอ็มเอโมดูลจะทำหน้าที่แทนโปรเซสเซอร์, ใ
ช้การควบคุมอินพุต/เอาต์พุตผ่านโปรแกรมเพื่อแลกเปลี่ยนข้อมูล
ระหว่างหน่วยความจำและไอโอโมดูลผ่านทางดีเอ็มเอโมดูล

รูปแบบการเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรง
การรวมดีเอ็มเอฟังก์ชันเข้ากับไอโอฟังก์ชัน ทำให้ลดจำนวนบัส
โดยจะมีเส้นทางที่แยกจากบัสเชื่อมต่อระหว่างดีเอ็มเอโมดูลและไอโอ โมดูล
ในทางลอจิกการทำงานของดีเอ็มเอโมดูลเป็นส่วนหนึ่งของไอโอโมดูล
หรืออาจจะแยกเป็นโมดูลต่างหากที่ควบคุมการทำงานของไอโอโมดูลอื่น ๆ ก็ได้


รูปแบบการเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรง
การเชื่อมต่อไอโอโมดูลกับดีเอ็มเอโมดูลโดยใช้ไอโอบัส การเชื่อมต่อแบบนี้
จะช่วยลดจำนวนไอโออินเทอร์เฟซในดีเอ็มเอโมดูลลดเหลือเพียงอินเทอร์เฟซเดียวและ
ยังช่วยให้สามารถขยายความสามารถออกไปได้ด้วย



สถาปัตยกรรมซีพียู-หน่วยความจำ-อินพุต/เอาต์พุต
องค์ประกอบพื้นฐานการอินเทอร์เฟซระหว่างซีพียูและไอโอดีไวซ์
1.ซีพียู
2.ไอโอดีไวซ์
3.หน่วยความจำ, ยกเว้นอินพุต หรือเอาต์พุตชิ้นเดี่ยวที่สามารถถูกถ่ายโอนโดยตรงจากรีจิสเตอร์
4.ไอโอโมดูลที่เป็นเสมือนอินเทอร์เฟซระหว่างซีพียูหรือหน่วยความจำและไอโอดีไวซ์
5.บัสที่เชื่อมต่อองค์ประกอบเหล่านั้นเข้าด้วยกัน

เส้นทางพื้นฐานการเชื่อมต่อซีพียู-หน่วยความจำ-อินพุต/เอาต์พุต
1.เส้นทางที่เชื่อมต่อระหว่างซีพียูและไอโอโมดูลเพื่อให้ซีพียูใช้คำสั่งควบคุมอินพุต/เอkต์พุตด้วยโปรแกรม และส่งสัญญาณอินเทอร์รัพต์ไปยังซีพียู
2.ส่วนการเชื่อมต่อระหว่างไอโอโมดูลและหน่วยความจำสำหรับการเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรง


สถาปัตยกรรมซีพียู-หน่วยความจำ-อินพุต/เอาต์พุต
1.เส้นทางที่เชื่อมต่อโดยตรงระหว่างองค์ประกอบนี้ ในความจริงแล้ว โครงสร้างการเชื่อมต่อ
ภายในพีซีอาจจะเป็นการเชื่อมต่อโดยตรง หรืออาจจะเป็นสวิตช์ที่ทำให้เกิดการเชื่อมต่อในเวลาที่ต้องการ ก็ได้
2.ความแตกต่างในการเชื่อมต่อนี้เกิดสถาปัตยกรรมระบบที่ต่างกันตามความต้องการของผู้ออกแบบ
เป้าหมายที่ต่างกัน และปรัชญาการออกแบบที่ต่างกัน นั่นเอง
3.สถาปัตยกรรมไอโอพื้นฐาน 2 แบบที่นำมาใช้คือ “สถาปัตยกรรมบัส” (bus architecture)
และ “สถาปัตยกรรมช่องทางข้อมูล” (channel architecture)





อินพุต/เอาต์พุตโมดูล (I/O Modules)
.ไอโอโมดูลเป็นอินเทอร์เฟซระหว่างซีพียูกับดีไวซ์
.ไอโอโมดูลมีฟังก์ชันที่สำคัญ 2 ส่วน
1.การอินเทอร์เฟซกับซีพียู : ไอโอโมดูลจะรับคำสั่งไอโอจากซีพียู,
ถ่ายโอนข้อมูลระหว่างโมดูลกับซีพียูหรือหน่วยความจำ และ
ส่ง อินเทอร์รัพต์และข้อมูลสถานะไปยังซีพียู
2.การอินเทอร์เฟซกับดีไวซ์ : ไอโอโมดูลจะมีหน้าที่ควบคุมการทำงานของดีไวซ์
เช่น การย้ายหัวอ่านในดิสก์ และการกรอเทป เป็นต้น
อินเทอร์เฟซของไอโอโมดูล
การอินเทอร์เฟซของไอโอโมดูลของดิสก์คอนโทรลเลอร์กับดิสก์

อินพุต/เอาต์พุตโมดูล (I/O Modules)
.ฟังก์ชันของไอโอโมดูล
1.รับแมสเสจที่เป็นแอ็ดเดรสเข้ามาแล้วรับคำสั่งจากซีพียูเพื่อทำงานกับดิสก์ที่กำหนด
2.เตรียมบัพเฟอร์ไว้เพื่อพักข้อมูล จนกว่าจะถ่ายโอนมายังดิสก์ได้
3.เตรียมรีจิสเตอร์ที่จำเป็น และสัญญาณควบคุมเพื่อการถ่ายโอนกับหน่วยความจำโดยตรง
4.ควบคุมดิสก์ไดรฟ์ โดยการย้ายหัวอ่านไปยังตำแหน่งที่ต้องการเขียน
5.ก็อปปี้ข้อมูลจากบัพเฟอร์ไปยังดิสก์
6.มีความสามารถในการอินเทอร์รัพต์ เพื่อใช้ในการแจ้งข่าวให้ซีพียูทราบเมื่อการถ่ายโอนข้อมูลเสร็จเรียบร้อย
อินพุต/เอาต์พุตโมดูล (I/O Modules)
1.ไอโอโมดูลต้องปลดภาระงานของไอโอออกจากซีพียูเพื่อแยกโมดูลที่ออกแบบสำหรับ
การถ่ายโอนข้อมูลและควบคุมดีไวซ์ของไอโอออกมา
2.ไอโอโมดูลที่เป็นหน่วยควบคุมที่ใช้ในการควบคุมดีไวซ์เรียกว่า “ดีไวซ์คอนโทรลเลอร์
” (Device controller) บ่อยครั้งที่เรียกตามชื่อดีไวซ์
3.การมีดีไวซ์คอนโทรลเลอร์ทำให้ซีพียูใช้คำสั่งเพื่อควบคุมโอเปอเรชันที่ซับซ้อนมากขึ้น
ดีไวซ์หลายตัวที่อยู่ในกลุ่มประเภทเดียวกันสามารถใช้คอนโทรลเลอร์เพียงตัวเดียว
ทำให้ลดเรื่องยุ่งยากในการเขียนโปรแกรมให้ซีพียูทำงานกับ ไอโอดีไวซ์ทั้งหมด
4.โอโมดูลยังสนับสนุนการเข้าถึงหน่วยความจำโดยตรง
ทำให้ซีพียูมีเวลาว่างจากการทำงานอื่น

อินพุตดีไวซ์ (Input Devices)
คีย์บอร์ด (Keyboard) : อุปกรณ์อินพุตพื้นฐานที่ต้องมีในคอมพิวเตอร์
ทุกเครื่องจะรับข้อมูลจากการกดคีย์ แล้วทำการเปลี่ยนเป็นรหัสเพื่อส่งต่อ
ไปให้กับคอมพิวเตอร์

เลย์เอาต์ของคีย์บอร์ดตามมาตรฐาน ECMA-23

อินพุตดีไวซ์ (Input Devices)
คีย์บอร์ด Dvorak

อินพุตดีไวซ์ (Input Devices)
เมาส์และแทร็กบอลล์ (Mouse & Trackball) :
อุปกรณ์อินพุตเลือกรายการหรือคำสั่งด้วยภาพ หรือไอคอน (icon)

อินพุตดีไวซ์ (Input Devices)
แทร็กบอลล์ (Trackball)

อินพุตดีไวซ์ (Input Devices)
ปากกาและจอสัมผัส (LightPens & Touchscreens) :
อุปกรณ์อินพุตที่มีแสงอิเล็กตรอนจะกระตุ้นสารเรืองแสง (phosphor)
ที่เคลือบอยู่ด้านหลังผิวจอภาพ สารเรืองแสงนี้จะสว่างและดับกลับไปสภาวะปกติ

อินพุตดีไวซ์ (Input Devices)
Bit Pad หรือ Digitizing Tablet :
เป็นอินพุตดีไวซ์ที่ประกอบด้วยพื้นผิวเรียบ และ stylus หรือ puck
แผ่นเรียบจะมีสายที่เป็นตาข่าย 2 มิติที่สามารถตรวจจับสัญญาณที่สร้างจาก
puck ที่เคลื่อนที่บนแผ่นเรียบนั้น แผ่นเรียบจะส่งตำแหน่ง
X-Y และสถานะของปุ่มบน puck

อินพุตดีไวซ์ (Input Devices)
จอยสติ๊ก (Joystick) :
บอกตำแหน่งแนวตั้งและแนวนอนด้วยระยะก้านที่ยื่นออกมาจากฐานของจอยสติ๊ก
ส่วนมากนิยมนำมาใช้งานกับวิดีโอเกมส์ และเพื่อกำหนดตำแหน่งในระบบกราฟิก

อินพุตดีไวซ์ (Input Devices)
สแกนเนอร์ (Scanner) :
อุปกรณ์ซึ่งจับภาพและเปลี่ยนแปลงภาพจากรูปแบบของแอนาลอกเป็นดิจิตอล

สแกนเนอร์แบบเลื่อนกระดาษ, แบบแท่นนอน และแบบมือถือ

เอาต์พุตดีไวซ์ (Output Devices)
จอภาพ CRT (Cathode Ray Tube) :
เอาต์พุตดีไวซ์ที่แสดงผลลัพธ์จากการประมวลของโปรเซสเซอร์ให้ผู้ใช้เห็น มีปืนอิเล็คตรอน
(Electron gun) 3 กระบอกอยู่ภายในท่อจะยิงลำแสงอิเล็คตรอนจากด้านหลังเข้ามา
ปืนแต่ละกระบอกจะยิงแต่ละสีของสีหลัก แดง (Red), เขียว (Green) และ
น้ำเงิน (Blue) ที่เรียกว่า RGB ลำแสงที่ยิงมานั้นจะกระทบสารเคลือบ (Phosphor)
ที่เคลือบอยู่ที่จอภาพ ทำให้เกิดการเรืองแสงแต่ละจุดที่เรียกว่าพิกเซล (pixel) ทำให้แต่ละ
จุดเกิดเป็นสีแดง, เขียว หรือน้ำเงินบนจอภาพ

เอาต์พุตดีไวซ์ (Output Devices)
ไดอะแกรมของ CRT

เอาต์พุตดีไวซ์ (Output Devices)
จอ LCD (Liquid Crystal Display) :
จอภาพที่สร้างด้วยผลึกเหลว ซึ่งเป็นสสารที่แทบจะเรียกได้ว่าโปร่งใส
มีคุณสมบัติก้ำกึ่งระหว่างของแข็ง และของเหลว ที่อุณหภูมิห้องผลึกเหลวจะอยู่ใน
สถานะของเหลว แต่เมื่อมีแสงผ่านมาจะเกิดการจัดเรียงโมเลกุลใหม่ที่มีคุณสมบัติเป็น
ของแข็งแทน เมื่อแสงผ่านไปเรียบร้อยแล้วจะกลับมามีคุณสมบัติเป็นของเหลวเหมือนเดิม

เอาต์พุตดีไวซ์ (Output Devices)
โครงสร้างของจอภาพ LCD

อินพุตดีไวซ์ (Input Devices)
เครื่องพิมพ์ (Printer) :
อุปกรณ์ที่เชื่อมต่อเข้ากับคอมพิวเตอร์เพื่อทำหน้าที่ในการแปลผลลัพธ์ที่
ได้จากการประมวลผลของเครื่องคอมพิวเตอร์ให้อยู่ในรูปของอักขระ
หรือรูปภาพที่จะไปปรากฏอยู่บนกระดาษ

เครื่องพิมพ์ดอตแมทริกซ์, เลเซอร์ และอิงค์เจ็ต

เอาต์พุตดีไวซ์ (Output Devices)
พล็อตเตอร์ (Plotter) : เครื่องพิมพ์ชนิดที่ใช้ปากกาในการเขียนข้อมูลต่างๆ
ลงบนกระดาษขนาดใหญ่ (A0 หรือ A1) เหมาะสำหรับงาน
เกี่ยวกับการเขียนแบบทางวิศวกรรม และงานตกแต่งภายในของสถาปนิก
เอาต์พุตดีไวซ์ในอนาคต
การระบุตำแหน่งด้วยระบบ GPS (Global Positioning System)
การจดจำลายนิ้วมือ (Fingerprint Recognition)
การจดจำเสียง (Voice Recognition)