Устройство ввода-вывода — это… Что такое Устройство ввода-вывода?

Устройство ввода-вывода

Устройство ввода-вы́вода — компонент типовой архитектуры ЭВМ, предоставляющий компьютеру возможность взаимодействия с внешним миром и, в частности, с пользователями и другими компьютерами.

Подразделяются на:

Устройства ввода

Устройства вывода

Устройства ввода/вывода

См. также

Категории:

• Устройства отображения информации
• Устройства ввода

Wikimedia Foundation. 2010.

• Устрицы из Лозанны (фильм)
• Уступная улица (Новая Жизнь)

Полезное

Смотреть что такое «Устройство ввода-вывода» в других словарях:

• устройство ввода-вывода — — [http://www.iks media.ru/glossary/index.html?glossid=2400324] Тематики электросвязь, основные понятия EN I/O device …   Справочник технического переводчика

• устройство ввода-вывода — įvedimo išvedimo įtaisas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. input output device vok. Ein Ausgabevorrichtung, f rus. устройство ввода вывода, n pranc. dispositif d entrée/sortie, m …   Radioelektronikos terminų žodynas

• Устройство ввода/вывода — Компьютерное устройство ввода вывода  компонент типовой архитектуры ЭВМ, предоставляющее компьютеру возможность взаимодействия с внешним миром и, в частности, с пользователями и другими компьютерами. Устройства ввода/вывода Устройство ввода… …   Википедия

• устройство ввода — вывода — дисплей. терминал. перфолента. перфокарта. машиноскрипт. табуляграмма …   Идеографический словарь русского языка

• устройство ввода-вывода (вычислительной машины) — Периферийное устройство, совмещающее функции устройств ввода и вывода данных. [ГОСТ 25868 91] Тематики оборуд. перифер. систем обраб. информации EN input/output device …   Справочник технического переводчика

• устройство ввода-вывода вычислительной машины — Периферийное устройство, совмещающее функции устройств ввода и вывода данных. [Е.С.Алексеев, А.А.Мячев. Англо русский толковый словарь по системотехнике ЭВМ. Москва 1993] Тематики информационные технологии в целом EN input output device …   Справочник технического переводчика

• устройство ввода-вывода на магнитную карту — Устройство ввода вывода вычислительной машины, обеспечивающее вывод данных из ЭВМ, их преобразование, запись на магнитную карту для длительного хранения, считывание данных с магнитной карты и ввод их в ЭВМ. [ГОСТ 25868 91] Тематики оборуд.… …   Справочник технического переводчика

• устройство ввода-вывода аналоговых сигналов — Периферийное устройство, обеспечивающее ввод в ЭВМ сигналов, поступающих от объекта в непрерывной форме, и вывод из ЭВМ на объект управляющих воздействий в виде непрерывных сигналов. [ГОСТ 25868 91] Тематики оборуд. перифер. систем обраб.… …   Справочник технического переводчика

• устройство ввода-вывода цифровых сигналов — Периферийное устройство, обеспечивающее ввод в ЭВМ сигналов, поступающих от объекта в дискретной форме, и вывод из ЭВМ на объект управляющих воздействий в виде дискретных сигналов. [ГОСТ 25868 91] Тематики оборуд. перифер. систем обраб.… …   Справочник технического переводчика

• устройство ввода-вывода на перфокарту — [ГОСТ 25868 91] Тематики оборуд. перифер. систем обраб. информации …   Справочник технического переводчика

Устройства ввода и вывода информации

Содержание статьи

Компьютер является всесторонним устройством для переработки данных. Компьютеру для того чтобы переработать данные, нужно каким либо из способов ввести туда. Чтобы реализовать ввод данных, человек создал специальные устройства, первая из них была клавиатура. Оказываясь в компьютере, информация обрабатывается и после этого создается право вывода текущей информации, т.е. вы имеет право визуального понимания информации. Основными устройствами для того чтобы вывести данные стали –монитор, видеоадаптер и принтер. Жесткий диск был создан для того чтобы было куда сохранять обработанные данные после ввода, после этого были созданы магнитные диски и средства оптического хранения.

Устройства вывода информации

Устройства вывода информации – это те устройства, которые переводят информацию с компьютерного языка в формы, понятные для человека. Монитор принтер видеокарта проектор и плоттер, это именно те устройства которые следует отнести к устройствам вывода данных. Чтобы ввести информацию в компьютер нужно пользоваться устройствами ввода Главное их роль – создать воздействие на компьютер. Множества выпускаемых устройств ввода повлекли за собой целые технологии от осязаемых до голосовых. И хотя они функционируют по разному, но предназначение у них одно – дать пользователю связаться с компьютером. Именно благодаря своей компактности и наглядности представления информации человеком было создано устройства ввода графической информации. Основными сторонами использования устройств ввода графической информации являются системы автоматизированного проектирования, обработки изображений, обучения, управление процессами, мультипликации и многие другие.

Монитор

При помощи монитора между человеком и компьютером обеспечивается информационная связь. Первые микрокомпьютеры были с небольшими блоками, в которых не существовало средств представления. У человека был только набор мигающих светодиодов или право распечатки результатов на принтере. Первый компьютерные мониторы были очень примитивны в сравнении с нынешними мониторами. Когда были первые мониторы, текст отображался только в зеленом цвете, но в те годы это считалось очень большим прорывом, потому что человек приобрел возможность в режиме “life” выводить и вводить данные.

Принтер

Создание напечатанной версии документа, вот одна из главных задач компьютера. Именно поэтому принтер является нужным аксессуаром. Принтеры – это устройства вывода данных из ЭВМ, изменившие информационные коды в соответствующие им графические символы и напечатанные на бумаге. Выводя результат работы на лист бумаги, принтер приумножает взаимосвязь между человеком и компьютером. Принтеры по своим скоростным возможностям создают диапазон от самой маленькой до самой большой.

Плоттер

Вывод информации, представленная в графической форме – это одна из главных задач вычислительных средств, используемых для автоматизации проектирования. Плоттер – это устройство, осуществляющие функции вывода графической информации на бумагу и на другие носители.

Проектор

Лампа перераспределяющая свет вместе с концентрацией светового потока на маленькой плоскости называется проектор. Основным элементом данного прибора является лампа, свет которой, поступает через определенные элементы, поступает на экран и создает картинку. Лампа в проекторе является самым основным элементом, свет которого проходит через определенные элементы, поступает на экран и после этого мгновенно создает картинку. На сегодняшний день лампы проектора разделяют на LCD и DLP на основе оттого через какие элементы должен проходить свет. Компактность, а также менее негативное влияние на зрение, вот главные достоинства жидкокристаллических проекторов. Их недостатком является менее насыщенный чёрный цвет. Качественная картинка – это достоинство микрозеркальных проекторов. Утомляемость зрения при продолжительном просмотре – вот главная их слабая сторона

Колонки

Колонки – устройство, которое подключается к компьютеру и служит устройством вывода звуковой информации.

Устройства ввода информации.

Устройства при помощи, которых можно ввести данные в компьютер называется устройства ввода. Осуществить воздействие на компьютер, вот одна из главных задач устройств ввода. Разнообразие выпускаемых устройств ввода повлекли за собой целые технологии от осязаемых до голосовых. И хотя они служат для разного, но предназначены лишь для одного–дать пользователю связаться с компьютером. Благодаря своей компактности и наглядности человек создал устройства ввода.

Клавиатура

Клавиатура является одним из самых основных устройств ввода данных.

MFII вот стандарт клавиатуры в современном мире. Пять групп клавиш, доставляемых свою высокую функциональную поставку, вот что можно отметить в клавиатуре MFII. Специальные клавиши для слепых с осязаемыми точками на клавишах, специальные клавиатуры для складов и магазинов, дававшие устройства для чтения штрихового кода, вот что следует отметить среди других видов клавиатур. Сенсорные клавиатуры, имеющие в своей особенности защиту от опасного влияния, специальные покрытия клавиш дополнительной сенсорной фольгой, клавиатура подходящая для медицинских учреждений со специальными устройствами считывания информации со страховой карты, называются промышленными. В настоящее время появились клавиатуры со специальными клавишами для удобства работы с той или иной операционной системой (ОС), например, клавиатура для Windows 95. Таким образом, выбор клавиатуры зависит от ОС, с которой предлагается работать.

Мышь

Мышь нужна для ввода данных или одиночных команд, выбираемых из меню. Мышь является небольшой коробочкой с двумя или тремя клавишами, с легкостью передвигающийся в любом направлении. Мышь присоединяется к компьютеру благодаря шнуру и нуждается в особой программной поддержки. Мыши нужна плоская поверхность, для этого были созданы специальные коврики. Мышь – это механический манипулятор, преобразующий движения в управляющий сигнал. В частности сигнал может быть использован для позиционного курсора или прокрутки страниц

Сканеры

Для того чтобы читать графическую информацию с бумажного используется оптические сканеры. Сканируемое изображение считывается и изменяется в цифровую форму элементами дополнительного устройства: CCD – чипами. Сканеры– это устройство, которое, анализируя какой–либо объект, создает цифровую копию изображения объекта, этот процесс называется сканированием.

В данной статье была представлена довольно полная информация об механизмах вывода и ввода данных и о положениях их деятельности. Качество работы современного ПК сложно представить себе без обеспечения его устройствами о которых шла речь, так как они демонстрируют необходимую пользу при работе человека с компьютером, а понимание способов работы вышеперечисленных устройств, создают более продуктивное их пользование.

 

Список устройств ввода,вывода и ввода/вывода

Главная страница ‎ > ‎ Список устройств ввода,вывода и ввода/вывода Устройства для вывода визуальной информации ·         Монитор (дисплей) ·         Проектор ·         Принтер ·         Графопостроитель ·         Оптический привод с функцией маркировки дисков ·         Светодиоды (на системном блоке или ноутбуке, например информирующие о чтении/записи диска) Устройства для вывода звуковой информации §  Встроенный динамик §  Колонки §  Наушники Устройства для вывода прочей информации Игровой джойстик (при столкновение с препятствием вибрирует) Устройства ввода/вывода §  Магнитный барабан §  Стример §  Дисковод §  Жёсткий диск §  Различные порты §  Различные сетевые интерфейсы. Разновидности устройств ввода Устройства ввода графической информации §  Сканер §  Видео- и Веб-камера §  Цифровой фотоаппарат §  Плата видеозахвата Устройства ввода звука §  Микрофон §  Цифровой диктофон §  Модем §  Диск Устройства ввода текстовой информации §  Клавиатура Игровые устройства ввода §  Джойстик §  Педаль §  Геймпад §  Руль §  Рычаг для симуляторов полёта (штурвал, Ручка управления самолётом) §  Танцевальная платформа Comments

Разница между устройствами ввода и вывода — Разница Между

главное отличие между устройствами ввода и вывода является то, что устройства ввода используются для отправки данных в компьютер, а устройства вывода — для вывода данных из компьютера. Компьютер — эт

главное отличие между устройствами ввода и вывода является то, что устройства ввода используются для отправки данных в компьютер, а устройства вывода — для вывода данных из компьютера.

Компьютер — это устройство, которое может выполнять несколько задач одновременно. В компьютере есть программное и аппаратное обеспечение. Под программным обеспечением понимается набор инструкций для выполнения конкретной задачи, написанный на языке программирования. Аппаратное обеспечение относится к физическим компонентам компьютера. Устройства ввода и вывода — это два типа аппаратных устройств. Устройства ввода отправляют данные на компьютер. С другой стороны, устройства вывода принимают данные с компьютера. Оба эти устройства необходимы для правильного функционирования всего компьютера.

Ключевые области покрыты

1. Что такое устройства ввода
— определение, функциональность
2. Что такое устройства вывода
— определение, функциональность
3. В чем разница между устройствами ввода и вывода
— Сравнение основных различий

Основные условия

Компьютерное оборудование, Устройства ввода, Клавиатура, Монитор, Мышь, Устройства вывода, Принтер, Сканер

Что такое устройства ввода

Устройства ввода — это компоненты, которые отправляют данные в компьютер. Существуют различные устройства ввода.

клавиатура

Клавиатура является распространенным и популярным устройством ввода. Интерфейс похож на традиционную пишущую машинку, но есть дополнительные клавиши для выполнения дополнительных функций. Существуют буквенные клавиши, такие как буквы, цифровые клавиши, клавиши управления, такие как «Домой», «Вставить», «Удалить», «Вверх», «Вниз» и т. Д., А также клавиши специального назначения, такие как «Ввод», «Shift», «Num Lock», «Caps Lock» и т. Д. Пользователь может просто введите команды, используя это устройство.

Рисунок 1: Устройства ввода

мышь

Мышь — это маленькое устройство для управления размером ладони, которое работает в соответствии с движением руки. Пользователь может щелкнуть левой и правой кнопками мыши для выполнения таких задач, как открытие и закрытие приложений. Он может прокручивать документы вверх и вниз, используя колесо между кнопками. Мышь в основном контролирует положение курсора на экране, но ее нельзя использовать для ввода текста.

сканер

Сканер помогает получать изображения на бумаге и преобразует их в цифровую форму для хранения на диске. Микрофон — это еще одно устройство ввода, которое используется для ввода звука и его сохранения в цифровом виде. Кроме того, оптический считыватель символов (OCR) используется для чтения печатного текста. Он сканирует текст за символом и преобразует их в машиночитаемый код и сохраняет их в памяти.

Что такое выходные устройства

Устройства вывода — это компоненты, которые принимают данные с компьютера. Существуют различные устройства вывода.

монитор

Монитор является распространенным устройством вывода. Он также известен как блок визуального отображения (VDU). Формирует образы. Основной единицей каждого изображения является пиксель. Резкость изображений возрастает с увеличением количества пикселей.

Рисунок 2: Монитор

принтер

Принтер — еще одно устройство вывода. Это помогает печатать данные на бумаге. Существует два типа принтеров, которые называются ударными и безударными принтерами. Ударные принтеры печатают символы, ударяя их по ленте, которая затем нажимается на бумаге.

Принтеры без ударных эффектов не используют ленту для печати символов. Вместо этого они печатают всю страницу за раз. Лазерный принтер и инъекционный принтер — это два безударных принтера. Лазерный принтер использует свет для создания точек, необходимых для формирования символов для печати на бумаге. Инжекторные принтеры являются новейшими принтерами, и они обеспечивают высококачественные распечатки. Эти принтеры печатают символы, распыляя небольшие капли чернил на бумагу.

Разница между устройствами ввода и вывода

Определение

Устройства ввода — это аппаратные компоненты, которые используются для передачи данных и управляющих сигналов на компьютер. Устройства вывода — это аппаратные компоненты, которые используют полученные данные с компьютера для выполнения задачи.

функциональность

Устройства ввода отправляют данные на компьютер. Устройства вывода получают данные с компьютера. Эта функциональность является основным отличием устройств ввода и вывода.

Примеры

Клавиатура, мышь, сканер, микрофон, Optical Character Reader (OCR) — вот некоторые примеры устройств ввода. Монитор, динамик, принтер — вот несколько примеров устройств вывода.

Заключение

Устройства ввода и вывода — это два типа аппаратных устройств. Разница между устройствами ввода и вывода заключается в том, что устройства ввода используются для отправки данных в компьютер, а устройства вывода используются для извлечения данных из компьютера.

Ссылка:

1. «Компьютерные устройства ввода». Www.tutorialspoint.com, Tutorials Point,

Реферат — Устройства ввода-вывода

Клавиатура — устройство, представляющее собой набор клавиш, предназначенных для

управления каким-либо устройством, или для ввода информации.

Стандартная компьютерная клавиатура имеет 101 или 102 клавиши. Расположение

клавиш на ней подчиняется единой общепринятой схеме, спроектированной в расчёте на

английский алфавит.

По своему назначению клавиши на клавиатуре делятся на шесть групп:

 функциональные;

 алфавитно-цифровые;

 управления курсором;

 цифровая панель;

 специализированные;

 модификаторы.

Двенадцать функциональных клавиш расположены в самом верхнем ряду клавиатуры.

Ниже располагается блок алфавитно-цифровых клавиш. Правее этого блока находятся

клавиши управления курсором, а с самого правого края клавиатуры — цифровая панель.

К алфавитно-цифровому блоку относятся клавиши для ввода букв, цифр, знаков

пунктуации и арифметических действий, специальных символов.

К числу клавиш-модификаторов относятся клавиши Shift, Ctrl, Caps Lock, Alt и AltGr

(правый Alt). Они предназначены для изменения действий других клавиш. Включение

верхнего регистра клавиш (при отключённом Caps Lock) осуществляется нажатием и

удержанием клавиши Shift .

Клавиши-модификаторы используются наиболее часто, поэтому они имеют увеличенный

размер. К тому же клавиши Shift и Ctrl продублированы по обеим сторонам блока

алфавитно-цифровых клавиш.

Основное назначение клавиш цифровой панели — дублирование функций клавиш

алфавитно-цифрового блока в части ввода цифр и арифметических операторов.

Использование клавиш этой панели более удобно для ввода цифр и арифметических

операторов, нежели ввод этих символов клавишами алфавитно-цифрового блока.

Манипулятор «мышь» (в обиходе просто «мышь» или «мышка») — одно из

указательных устройств ввода, обеспечивающих интерфейс пользователя с компьютером.

Сканер — устройство, которое, анализируя какой-либо объект (обычно изображение,

текст), создаёт цифровую копию изображения объекта. Процесс получения этой копии

называется сканированием.

В зависимости от способа сканирования объекта и самих объектов сканирования

существуют следующие виды сканеров:

Планшетные — наиболее распространённый вид сканеров, поскольку обеспечивает

высокое качество и приемлемую скорость сканирования. Представляет собой планшет,

внутри которого под прозрачным стеклом расположен механизм сканирования.

Ручные — в них отсутствует двигатель, следовательно, объект приходится сканировать

пользователю вручную, единственным его плюсом является дешевизна и мобильность,

Устройства вывода и ввода. Основные устройства ввода/вывода информации

Каждый день, садясь за своё рабочее место в офисе, человек берёт в одну руку мышку и начинает выполнять свои обязанности. Он знает, для чего ему нужна клавиатура, принтер, сканер, однако даже не представляет, что у них есть своё официальное название. Всё это — устройства ввода и вывода информации.

Как это работает

Все устройства в персональном компьютере управляются центральным процессором. Для обеспечения взаимодействия с ним устройства вывода и ввода обращаются с запросами к южному мосту — логическому элементу материнской платы. Он служит для обеспечения связи и обработки запросов от внешних устройств к северному мосту или центральному процессору, если мост отсутствует.

Вообще, изучением строения персонального компьютера занимается информатика. Устройства ввода и вывода она определяет как компоненты типичного персонального компьютера, обеспечивающие взаимосвязь пользователя с ЭВМ. Но перед тем как приступить к описанию всех устройств, отдельного упоминания заслуживает базовое устройство ввода-вывода. Оно же — БИОС. Эта микросхема на материнской плате персонального компьютера обеспечивает первоначальную проверку всех подключенных устройств и запускает операционную систему.

Классификация

Устройства ввода и вывода информации персонального компьютера можно классифицировать по-разному. Определяющим фактором для этого станут их функциональные обязанности.

Первым пунктом обозначим основные устройства ввода-вывода. На самом деле тут можно было бы указать всего один пункт — клавиатура, поскольку без неё ни один пользовательский компьютер не будет продолжать загрузку. Вы можете полностью отключить монитор и мышку, однако без клавиатуры компьютер работать не будет. Исключение составляют компьютеры-серверы, которые работают вообще без подключенных внешних устройств. Итак, основные устройства ввода/вывода, без которых обычный пользователь не сможет работать, это:

• клавиатура;
• монитор;
• мышь.

Также можно выделить дополнительные устройства ввода-вывода:

• принтеры;
• сканеры;
• джойстик;
• проектор;
• также к устройствам ввода/вывода относятся звуковые устройства.

Это далеко не полный перечень возможных устройств, которые взаимодействуют с пользователем, перечислять их можно очень долго. Поэтому давайте рассмотрим устройства ввода/вывода компьютера более подробно.

Мониторы

Компьютерные мониторы за всю свою историю претерпели немало изменений. Начиная от старых, использующих электронно-лучевую трубку, и заканчивая современными LCD.

Сам по себе монитор или дисплей — это устройство, служащее для вывода графической информации конечному пользователю. Их можно поделить по нескольким признакам.

1. По виду информации.

• Алфавитно-цифровые. Эти дисплеи предназначаются для вывода исключительно текстовой информации.
• Графические. С этими мониторами мы сталкиваемся каждый день, садясь за персональный компьютер. Предназначаются они для представления информации в графическом виде, в том числе и видео.

2. По типу экрана.

• ЭЛТ. Монитор на основе электронно-лучевой трубки, с таким вы, возможно, работали в 2000 году.
• LCD — жидкокристаллический «плоский» дисплей, используемый сейчас повсеместно. Также такой тип мониторов используется в ноутбуках.
• Плазменный.
• Лазерный — в массовое производство пока не поступил.

Клавиатуры

Что можно сказать о клавиатурах? Фантазия производителей в этой сфере шагнула далеко вперёд, а чувство юмора толкает на самые смелые эксперименты.

Среди клавиатур вы можете встретить и минималистичные варианты — без боковой дополнительной панели с цифрами, и огромные игровые клавиатуры со встроенными джойстиками, дополнительными кнопками и динамиками. Встречаются клавиатуры с дополнительным USB-разъёмом и розовые клавиатуры с «непонятными кнопочками» для «блондинок». Существуют также силиконовые, сворачивающиеся клавиатуры, чтобы их было удобнее носить с собой, или просто складывающиеся в три раза.

Если вы собираетесь приобрести себе клавиатуру, просто идите в компьютерный магазин и выбирайте ту, что вам по вкусу.

Мышка

Компьютерные мыши — это такие устройства ввода/вывода ЭВМ, без которых невозможна работа обычного пользователя. Если продвинутый юзер может перемещаться по папкам и файлам, а также некоторым программам и играм исключительно с помощью клавиатуры, то рядовой человек просто не способен это сделать. За всё время существования компьютерные мышки претерпели не такие уж сильные изменения.

Первые мышки работали на основе шарика в основании. Перемещая ее в разные стороны, шар вращался и управлял контроллерами.

Затем ему на смену пришли оптические мышки, основанные на светодиодах. Первое поколение оптических мышек требовало обязательного наличия специального коврика, на который была нанесена штриховка, способствующая повышенной светоотражаемости поверхности. Более того, у первых мышек коврики были персональные, они не могли быть заменены на другие.

Второе поколение оптических мышек имеет более сложное устройство. На нижней части мышки установлена мини-видеокамера, непрерывно совершающая микроснимки поверхности и сравнивающая их между собой для определения смещения устройства.

Более новым устройством являются полупроводниковые лазерные мышки. Среди их преимуществ можно выделить низкое энергопотребление, надёжность, отсутствие свечения.

Еще один вариант мышки встречается в виде дополнения к графическому планшету. Такие индукционные мышки достаточно неудобны в использовании, поскольку их нельзя заменить на более удобные, по руке, а повышенная точность дискредитируется небольшой возможностью отойти с ней на расстояние от планшета.

Принтеры

Это устройства вывода информации на печать. За всё время своего существования принтеры не сильно изменились. Развиваются технологии, на смену струйным принтерам приходят лазерные, однако и предыдущие поколения продолжают жить. Чем же это обусловлено? Дело в том, что для разных типов печати подходят разные типы принтеров. Все они выполняют одну функцию и не сильно отличаются по конструкции. Существуют следующие типы принтеров:

• матричные;
• струйные;
• лазерные;
• термопринтеры.

В вопросе выбора такого устройства люди обычно придерживаются личных предпочтений и привычек. Впрочем, если вы собираетесь на нём печатать фотографии, а не только текстовые документы, то вам больше подойдёт лазерный за счет повышенного качества печати.

Сканеры

Устройство ввода информации в компьютер. Особенность заключается в том, что сканеры вносят информацию в ПК исключительно в графической форме. Развитие сканеров застопорилось исключительно на изменении их размеров. Сначала они становились всё меньше и компактнее, а затем им на смену пришли громадные «комбайны» — устройства вывода и ввода, сочетающие в себе ксерокс, принтер и сканер.

Звук

Каждый из нас любит смотреть фильмы, слушать музыку в домашней обстановке. Колонки, наушники, аудиосистемы и домашние кинотеатры, а также гарнитуры и микрофоны — всё это относится к звуковым устройствам вывода и ввода.

Существует множество различных микрофонов и колонок, различающихся по качеству записи аудио или его воспроизведения соответственно. Наверное, любой человек может сам определить, насколько хорошо звучание того или иного динамика. При выборе аудиосистемы также рекомендуется руководствоваться дизайном и мощностью на свой вкус.

Видео

Для работы с видеографикой выделяют специальные устройства вывода и ввода информации — камеры и проекторы.

Проектор — устройство, предназначенное для создания изображения предмета на большом экране. Выделяют следующие виды проекторов:

• Диаскопический. Изображение появляется за счет прохождения лучей света через прозрачную плёнку с картинкой.
• Эпископический. Создаёт изображение с помощью проекции отраженных лучей.
• Эпидиаскопический создаёт на экране изображение как прозрачных, так и непрозрачных объектов.
• Мультимедийный проектор имеет непосредственное отношение к теме статьи. Это устройство вывода графической информации с компьютера на большую поверхность.

Что касается камер, то тут никому подсказывать не надо. В большинстве случаев чем больше разрешение снимающей камеры, тем лучше готовая картинка. С появлением ноутбуков USB-камеры стали заменяться на встроенные в монитор ноутбука.

Советы

Прочитав эту статью, вы узнали, какие существуют устройства вывода и ввода, на какие типы они подразделяются и какие их виды актуальны на сегодняшний день. Если вы собираетесь самостоятельно обустраивать своё рабочее и игровое место, а также самостоятельно выбирать устройства, которые вы хотите иметь дома под рукой, то эта статья должна помочь вам с выбором гаджетов.

При походе в компьютерный магазин помните, что продавцы могут предложить вам что-либо подороже или уже лежалый, устаревший товар. Не поленитесь перед походом зайти в интернет и почитать отзывы покупателей о различных моделях внешних устройств.

Запомните главное правило покупателя: дороже не значит лучше. В компьютерном магазине, приобретая принтер или гарнитуру, вы вполне можете переплатить за бренд, а потом долго жалеть о своей покупке.

Примером могут служить принтеры HP. Да, они считаются одними из лучших, однако замена закончившегося картриджа или просто небольшая неисправность влетят вам в копеечку исключительно из-за известности производителя.

При покупке звуковой системы не постесняйтесь проверить звучание и работоспособность динамиков. А если собираетесь купить веб-камеру, то протестируйте её изображение, так как не всегда заявленное в документации разрешение может соответствовать имеющемуся.

И главное правило. При покупке какого-либо продукта уточняйте у продавца информацию по гарантии. Например, для некоторых устройств сервисы требуют коробку, в которой поставлялся агрегат. Яркий пример — ноутбуки «Асус». В большинстве случаев нигде на сайте магазина не указана информация о том, что производители требуют фирменную коробку при обращении в сервисный центр.

Будьте внимательны и хороших вам покупок!

Устройства ввода-вывода — презентация онлайн

1. Тема: Устройства ввода-вывода

Выполнила:
Студентка группы 14МГ-1
Лобушева Светлана
ТЕМА:
УСТРОЙСТВА ВВОДА-ВЫВОДА
Компьютер обменивается информацией с внешним миром с помощью
периферийных устройств. Только благодаря периферийным устройствам
пользователь может взаимодействовать с компьютером, а также со всеми
подключенными к нему устройствами.
Периферийные устройства делятся на устройства ввода и устройства
вывода.
Устройства ввода преобразуют информацию в форму понятную машине,
после чего компьютер может ее обрабатывать и запоминать.
Устройства вывода переводят информацию из машинного представления
в образы, понятные человеку.
Клавиатура
С клавиатурным
вводом
Устройства
ввода
MIDIклавиатура
Манипуляторы
Мышь
Джойстик
Тачпад
С прямым вводом
Сканер
Мультимедиа
Микрофон
Фото
камера
Webкамера

4. Клавиатуры и MIDI-клавиатуры. Виды клавиатур.

Самым известным устройством ввода информации является клавиатура
(keyboard) – это стандартное устройство, предназначенное для ручного ввода
информации.
Работой
клавиатуры
управляет
контроллер
клавиатуры,
расположенный на материнской плате и подключаемый к ней через разъем на
задней панели компьютера. При нажатии пользователем клавиши на клавиатуре,
контроллер клавиатуры преобразует код нажатой клавиши в соответствующую
последовательность битов и передает их компьютеру. Отображение символов,
набранных на клавиатуре, на экране компьютера называется эхом. Обычная
современная клавиатура имеет, как правило, 101-104 клавиши, среди которых
выделяют алфавитно-цифровые клавиши, необходимые для ввода текста, клавиши
управления курсором и ряд специальных и управляющих клавиш.
Клавиатуры (компьютерные и не
только) делятся на типы в зависимости от
используемой
технологии.
От
типа
выключателей зависит тактильная отдача
от кнопок, их ход, долговечность и цена. В
новых
компьютерных
клавиатурах
используются
гибридные
технологии,
экономящие расходы.
Наиболее важными характеристиками
клавиатуры являются чувствительность ее
клавиш к нажатию, мягкость хода клавиш и
расстояние
между
клавишами.
На
долговечность клавиатуры определяется
количеством
нажатий,
которые
она
рассчитана
выдержать.
Клавиатура
проектируется таким образом, чтобы каждая
клавиша выдерживала 30-50 миллионов
нажатий.
MIDI-клавиатура — наиболее распространённый вид MIDI-контроллера.
Представляет собой клавиатуру фортепиано(с опциональными дополнительными
органами управления — в частности кнопками и фейдерами, на которые
пользователь может назначить, например, различные параметры виртуальных
синтезаторов) с электронным блоком, преобразующим нажатия клавиш в
поток MIDI-команд.
MIDI-клавиатуры могут иметь различное количество клавиш и другие
особенности. Важными характеристиками MIDI-клавиатур являются возможность
определения силы нажатия на клавишу и реализация механизма клавиш,
обеспечивающего обратную тактильную связь.
На большинстве MIDI клавиатур справа от самих клавиш расположено два
регулятора — Pitch и Modulation. Pitch позволяет менять высоту звука очень точно
и в пределах полутона. Он используется для плавного изменения высоты ноты на
полтона вверх или вниз. Регулятор Modulation позволяет модулировать высоту
звучания всех клавиш низкочастотным вибрато, сила которого прямо
пропорциональна положению рукоятки регулятора по вертикали.
MIDI-клавиатуры также могут иметь различное исполнение — традиционное, с
установкой на стойку или другую горизонтальную поверхность, или носимое на
ремне для игры стоя.

7. Манипуляторы. Виды манипуляторов.

К манипуляторам относят
устройства, преобразующие
движения руки пользователя
в управляющую информацию
для компьютера. Среди
манипуляторов выделяют
мыши, трекболы,
джойстики.
Компьютерная мышь — координатное устройство ввода для управления курсором и
отдачи различных команд компьютеру. Управление курсором осуществляется путём
перемещения мыши по поверхности стола или коврика для мыши. Клавиши и колёсико
мыши вызывают определённые действия, например: активация указанного объекта,
вызов контекстного меню, вертикальная прокрутка веб-страниц и электронных
документов. Получила широкое распространение в связи с появлением графического
интерфейса пользователя на персональных компьютерах.
Мышь воспринимает своё перемещение в рабочей плоскости (обычно — на участке
поверхности стола) и передаёт эту информацию компьютеру. Программа, работающая на
компьютере, в ответ на перемещение мыши производит на экране действие, отвечающее
направлению и расстоянию этого перемещения. В разных интерфейсах (например, в
оконных) с помощью мыши пользователь управляет специальным курсором —
указателем — манипулятором элементами интерфейса. Иногда используется ввод
команд мышью без участия видимых элементов интерфейса программы: при помощи
анализа движений мыши. Такой способ получил название «жесты мышью» (англ. mouse
gestures).
В дополнение к датчику перемещения, мышь имеет одну и более кнопок, а также
дополнительные детали управления (колёса прокрутки, потенциометры, джойстики,
трекболы, клавиши и т. п.), действие которых обычно связывается с текущим
положением курсора (или составляющих специфического интерфейса).
Джойстик представляет собой основание с
подвижной рукояткой, которая может наклоняться
в продольном и поперечном направлениях.
Рукоятка и основание снабжаются кнопками.
Внутри
джойстика
расположены
датчики,
преобразующие угол и направление наклона
рукоятки
в
соответствующие
сигналы,
передаваемые
операционной
системе.
В
соответствии с этими сигналами осуществляется
перемещение и управление графических объектов
на экране.
Тачпа́ д (англ. touchpad — сенсорная площадка), се́ нсорная пане́ ль —
указательное устройство ввода, применяемое чаще всего в ноутбуках.
Как и другие указательные устройства, тачпад обычно используется для
управления «указателем» путем перемещения пальца по поверхности
устройства. Тачпады имеют различные размеры, но обычно их площадь
не превышает 50 см². Форма исполнения — чаще всего прямоугольник, но
существуют модели и в виде круга
Сканер – устройство ввода графических
изображений
в
компьютер.
В
сканер
закладывается лист бумаги с изображением.
Устройство считывает его и пересылает
компьютеру в цифровом виде. Во время
сканирования вдоль листа с изображением
плавно перемещается мощная лампа и линейка
с множеством расположенных на ней в ряд
светочувствительных элементов.
Главные характеристики сканеров — это
скорость считывания, которая выражается
количеством сканируемых станиц в минуту
(pages per minute — ppm), и разрешающая
способность, выражаемая числом точек
получаемого изображения на дюйм оригинала
(dots per inch — dpi).
Различают протягивающие и планшетные. Протягивающие сканеры
предназначены для сканирования изображений на листах только
определенного формата. Протягивающее устройство таких сканеров
последовательно перемещает все участки сканируемого листа над
неподвижной светочувствительной матрицей. Наибольшее распространение
получили планшетные сканеры, которые позволяют сканировать листы
бумаги, книги и другие объекты, содержащие изображения. Такие сканеры
состоят из пластикового корпуса, закрываемого крышкой. Верхняя
поверхность корпуса выполняется из оптически прозрачного материала, на
который кладется сканируемое изображение. После этого изображение
закрывается крышкой и производится сканирование. В процессе
сканирования под стеклом перемещается лампа со светочувствительной
матрицей.
Микрофон – используется для ввода звуковой информации.
Звуковая карта преобразует звук из аналоговой формата в
цифровой.
Цифровая фотокамера — фотоаппарат, в котором для записи
оптического изображения вместо светочувствительного материала
используется полупроводниковая фотоматрица и цифровое
запоминающее устройство. Аналоговый сигнал с матрицы с
помощью АЦП преобразуются в цифровые файлы и записывается
на накопитель в фотоаппарате или другом внешнем устройстве.
Веб-камера (также вебкамера) — цифровая видео или фотокамера,
способная в реальном времени фиксировать изображения,
предназначенные для дальнейшей передачи по сети Интернет (в
программах типа Skype, Instant Messenger или в любом другом
видеоприложении).

16. Устройства вывода информации

Устро́ йства вы́вода — периферийные устройства, преобразующие
результаты обработки цифровых машинных кодов в форму,
удобную для восприятия человеком или пригодную для
воздействия на исполнительные органы объекта управления.
Подразделяются на две основные группы:
Устройства для вывода визуальной
принтер, плоттер, проектор)
Устройства
наушники)
для
вывода
звуковой
информации
информации
(монитор,
(колонки и
Монитор (дисплей) является основным устройством вывода
графической информации. По размеру диагонали экрана выделяют
мониторы 14-дюймовые, 15-дюймовые, 17-дюймовые, 19-дюймовые,
21-дюймовые. По цветности мониторы бывают монохромные и
цветные. Любое изображение на экране монитора образуется из
светящихся разными цветами точек, называемых пикселями (это
название происходит от PICture CELL — элемент картинки). Пиксель –
это самый мелкий элемент, который может быть отображен на экране.
Чем качественнее монитор, тем меньше размер пикселей, тем четче и
контрастнее изображение, тем легче прочесть самый мелкий текст, а
значит, и меньше напряжение глаз.

18. Мониторы (дисплеи)

По принципу действия
мониторы подразделяются
на мониторы с электроннолучевой трубкой (Catode
Ray
Tube
CRT)
и
жидкокристаллические (Liquid Crystal Display — LCD).
В мониторах с электронно-лучевой трубкой
изображение формируется с помощью зерен
люминофора – вещества, которое светится под
воздействием электронного луча. Различают
три типа люминофоров в соответствии с
цветами их свечения: красный, зеленый и
синий. Цвет каждой точки экрана определяется
смешением свечения трех разноцветных точек
(триады), отвечающих за данный пиксель.
Яркость соответствующего цвета меняется в
зависимости от мощности электронного пучка,
попавшего
в
соответствующую
точку.
Электронный пучок формируется с помощью
электронной пушки. Электронная пушка
состоит из нагреваемого при прохождении
электрического тока проводника с высоким
удельным электрическим сопротивлением,
эмитирующего
электроны
покрытия,
фокусирующей и отклоняющей системы.
Жидкокристаллические мониторы имеют меньшие размеры, потребляют
меньше электроэнергии, обеспечивают более четкое статическое
изображение. В них отсутствуют типичные для мониторов с электроннолучевой
трубкой
искажения.
Принцип
отображения
на
жидкокристаллических мониторах основан на поляризации света.
Источником излучения здесь служат лампы подсветки, расположенные по
краям жидкокристаллической матрицы. Свет от источника света
однородным потоком проходит через слой жидких кристаллов. В
зависимости от того, в каком состоянии находится кристалл, проходящий
луч света либо поляризуется, либо не поляризуется. Далее свет проходит
через специальное покрытие, которое пропускает свет только
определенной поляризации. Там же происходит окраска лучей в нужную
цветовую палитру. Жидкокристаллические мониторы практически не
производят вредного для человека излучения.

21. Принтеры

Принтер (Printer, от англ. print — печать) — устройство компьютера,
предназначенное для вывода текстовой или графической
информации, хранящейся в компьютере, на твёрдый физический
носитель, обычно бумагу, малыми тиражами (от единиц до сотен) без
создания печатной формы
Струйный
принтер
Изображение в нем формируется
с помощью чернил, которые
распыляются на бумагу через
капилляры печатающей головки.
Печатающая головка может быть
встроена
в
картриджи
с
красителями или используются
сменные картриджи, печатающая
головка, при замене картриджа
не демонтируется.
Лазерный
принтер
формирует
изображение
постранично. Первоначально изображение создается
на
фотобарабане,
который
предварительно
электризуется статическим электричеством. Луч
лазера в соответствии с изображением снимает
статический заряд на белых участках рисунка. Затем
на барабан наносится специальное красящее вещество
– тонер, который прилипает к фотобарабану на
участках с неснятым статическим зарядом. Затем
тонер переносится на бумагу и нагревается. Частицы
тонера плавятся и прилипают к бумаге.
Плоттер (графопостроитель) – устройство,
которое чертит графики, рисунки и
диаграммы под управлением компьютера.
Изображение получается с помощью пера.
Используется для получения сложных
конструкторских чертежей, архитектурных
планов,
географических
и
метеорологических карт, деловых схем.
Проектор
Проектор — световой прибор, перераспределяющий свет лампы с
концентрацией светового потока на поверхности малого размера
или в малом объёме. Проекторы являются в основном оптикомеханическими
или
оптическо-цифровыми
приборами,
позволяющими при помощи источника света проецировать
изображения объектов на поверхность, расположенную вне
прибора — экран.
Колонки и наушники
Акусти́ ческая систе́ ма — устройство для воспроизведения звука,
состоит из акустического оформления и вмонтированных в него
излучающих головок (обычно динамических).
Нау́ шники (тех. головны́е телефо́ ны) — устройство для
персонального прослушивания звука. Наушники представляют собой
пару небольших по размеру звукоизлучателей, надеваемых на голову
или вставляемых прямо в ушные каналы.

примеров устройств ввода-вывода | Ethernet I / O

Цифровой (дискретный) вход (применим для IOLAN (S) DS1 D4 или D2R2)
Существует два типа контактов цифрового входа:
Тип сухого контакта: устройство ввода-вывода не подает напряжение или ток. Устройство определяет, когда пара контактов разомкнута или замкнута

• Открыть = «0»
• Близко к земле = «1»

Тип мокрого контакта: напряжение, подаваемое устройством, представляет двоичную 1 или 0

• 0v — 3v = «0»
• 10–30 В = «1»

Примеры цифровых (дискретных) устройств ввода (с сухим или мокрым контактом)

• Селекторные переключатели, кнопки, дисковые переключатели
• Фотоэлектрические глазки, концевые выключатели, автоматические выключатели
• Бесконтактные переключатели, сигнализаторы уровня
• Контакты пускателя двигателя
• Контакты реле
• Вентиляторы, фары, гудки, клапаны

Цифровой (дискретный) выход (применимо для IOLAN (S) DS1 D4 или D2R2)
Цифровой выход существует, когда на пару цифровых выходов подается напряжение. ведет.Это напряжение может поступать (опускаться) внутренними или внешними источниками. Кроме того, может быть импульсный выход, когда устройство активно.

Примеры устройств цифрового (дискретного) вывода

• Тревоги
• Реле управления
• Вентиляторы, фары, гудки, клапаны
• Пускатели электродвигателей, соленоиды

Релейный выход (применимо для IOLAN (S) DS1 D2R2 или A4R2)
Релейный выход существует, когда контакты на паре выводов реле замкнуты.

Примеры устройств релейного вывода

• Тревоги
• Реле управления
• Вентиляторы, фары, гудки, клапаны
• Пускатели электродвигателей, соленоиды

Аналоговый вход (применим для IOLAN (S) DS1 A4 или A4R2)
Аналоговый вход существует, когда переменные значения напряжения или тока получены от датчик соответствует десятичному значению с плавающей запятой.

Примеры аналоговых устройств ввода

• Датчики температуры
• Датчики CO2
• Датчики давления
• Датчики влажности
• Датчики расхода
• Потенциометры.

Датчики температуры термопары (применимы для IOLAN (S) DS T4)
Датчики температуры термопары — самый популярный тип промышленных датчик температуры (широко используется в сталелитейной промышленности и в системах отопления безопасность).Они работают, помещая два разнородных металла вместе, вызывая напряжение меняется в зависимости от температуры. Они относительно невысоки и работать в широком диапазоне температур.

Типы термодатчиков

• Тип B — от 500 до 1800C
• Тип E — от 0 до 1000C
• Тип J — от 0 до 760C
• Тип K — от 0 до 1370C
• Тип R — от 500 до 1750C
• Тип S — от 500 до 1750C
• Тип T — от -100 до 400C

Датчики температуры RTD (применимы для IOLAN (S) DS T4)
Датчики температуры сопротивления (RTD), также называемые термометрами сопротивления, датчики температуры, которые используют предсказуемые изменения в электрических устойчивость некоторых материалов к изменению температуры.Поскольку они почти неизменно изготовленные из платины, их часто называют платиновым сопротивлением. термометры (ПТС). Они постепенно заменяют использование термопар. во многих промышленных приложениях ниже 600 ° C. Термометры сопротивления сконструированы в нескольких формах и обеспечивают большую стабильность и точность и повторяемость в некоторых случаях, чем термопары. Пока термопары использовать эффект Зеебека для генерации напряжения, термометры сопротивления используйте электрическое сопротивление и для работы требуется небольшой источник питания.В идеале сопротивление изменяется линейно с температурой.

Примеры датчиков температуры RTD

• PT100 — Platinum 100 Вт при 0 ° C — диапазон от –200 ° C до 400 ° C
• PT1000 — Platinum 1000 Вт при 0 ° C — диапазон от –40 ° C до 160 ° C
• Ni 518 — Температурный коэффициент никеля 0,518 — диапазон от –80 ° C до 100 ° C

Ошибка устройства ввода-вывода

Распространенной ошибкой, с которой сталкиваются пользователи Microsoft Windows при попытке чтения или записи с привода, диска или переносного носителя, является ошибка устройства ввода-вывода.Когда возникает эта ошибка, режим передачи, который операционная система пытается использовать для операции, может быть не распознан. Ошибка ввода-вывода может возникать с различными устройствами хранения данных, такими как: внешние жесткие диски, DVD или компакт-диски, приводы DVD или компакт-дисков, SD-карты или USB-накопители / накопители. Общие причины ошибки включают неисправное оборудование, непрочное соединение между оборудованием и компьютером, устаревшие драйверы оборудования или свойства канала IDE, требующие изменения.

Каковы общие сообщения об ошибках устройства ввода-вывода?

К сожалению, ошибка устройства ввода-вывода может вызвать более одного сообщения об ошибке.Вот некоторые из наиболее часто встречающихся сообщений, связанных с ошибкой:

— Запрос не может быть выполнен из-за ошибки устройства ввода-вывода

— Выполнена только часть запроса на чтение процесса памяти

— Выполнена только часть запроса записи процесса в память

Windows может отображать «код ошибки Windows» вместе с сообщением об ошибке на простом языке. Коды ошибок устройства ввода-вывода, связанные с ошибкой, включают: ошибку 6, ошибку 21, ошибку 103, ошибку 105 и ошибку 131.

Почему возникает ошибка устройства ввода-вывода?

Существует ряд потенциальных причин ошибок устройства ввода-вывода на компьютерах под управлением операционной системы (ОС) Windows. К ним относятся:

— Установка устаревшего или поврежденного драйвера для затронутого оборудования.

— Windows использует несовместимый режим передачи для оборудования.

— Неисправное или неплотное соединение с оборудованием.

— Портативный носитель (CD, DVD или SD-карта) поврежден или сильно загрязнен.

Устранение ошибок основного устройства ввода-вывода

Перед тем, как выбросить «неисправный» CD / DVD или заняться более сложным поиском и устранением неисправностей, есть несколько основных шагов, которые пользователи компьютера могут попытаться исправить ошибку устройства ввода-вывода. Если эти шаги не решают проблему, они могут помочь определить причину возникновения ошибки и сэкономить время на устранение проблемы.

Шаг 1 — Перезагрузите компьютер, который выдает ошибку устройства ввода-вывода.

Шаг 2 — Попытка снова получить доступ к диску, дисководу или портативному носителю.

Шаг 3 — Если ошибка все еще возникает, попробуйте получить доступ к диску на другом компьютере (если он доступен). Это поможет определить, связана ли ошибка с приводом, каналом IDE или самим носителем (диском).

Шаг 4 — Если диск / носитель открывается на альтернативном компьютере, проблема связана с основным ПК (диском, IDE или подключением). В противном случае проблема может быть связана с самим носителем или каналом IDE. Если у вас нет другого компьютера и возникает ошибка при попытке прочитать CD / DVD или SD-карту, вставьте другой диск или карту в дисковод соответствующего компьютера, чтобы проверить, можно ли их прочитать.Если это работает, значит проблема в диске / приводе / устройстве, которое вы пытаетесь использовать. Если нет, то это с IDE, диском или подключением на вашем основном компьютере.

Как проверить аппаратные соединения

Плохой привод или соединения оборудования являются частой причиной ошибки устройства ввода-вывода.

Шаг 1 — Если устройство, которое выдает ошибку, является внешним жестким диском, переустановите USB-соединение или подключите провод к компьютеру.

Шаг 2 — Если ошибка не исчезнет, ​​подключите диск к альтернативному USB-порту компьютера.Если вы используете USB-концентратор, подключите диск напрямую к одному из USB-портов компьютера.

Шаг 3 — Получите запасной кабель для привода и снова подключите его к компьютеру.

Шаг 4 — Попытка снова прочитать или записать на привод или диск. Если ошибка продолжает возникать, соединение не является вероятной причиной проблемы. Если вы подозреваете, что проблема связана с внутренним жестким диском вашего компьютера, попытка повторного подключения диска не рекомендуется для обычного пользователя, поскольку неправильное выполнение задачи может привести к значительному повреждению компьютера.

Изменение свойств передачи канала IDE

Другая причина ошибки устройства ввода-вывода заключается в том, что в Windows неправильно установлен режим передачи для накопителя или устройства. Режим передачи может быть изменен или исправлен конечным пользователем, если он вошел в систему в режиме администратора.

Шаг 1 — Выберите кнопку меню «Пуск», а затем щелкните правой кнопкой мыши значок «Мой компьютер».

Шаг 2 — Выберите пункт меню «Управление» в меню, отображаемом впоследствии.Затем щелкните или выберите пункт меню «Диспетчер устройств», расположенный под окном «Управление компьютером».

Шаг 3 — Выберите значок меню, чтобы развернуть дисплей контроллера «IDE ATA / ATAPI». На компьютере будет один или несколько списков каналов IDE ATA / ATAPI.

Шаг 4 — Щелкните правой кнопкой мыши канал, соответствующий диску, который выдает ошибку устройства ввода-вывода. Если вы не можете определить, какой канал IDE является подходящим для ошибки, выдаваемой на вашем компьютере, выберите канал с пометкой «Secondary IDE Channel.”

Шаг 5 — Выберите пункт меню «Свойства», затем откройте вкладку меню «Дополнительные настройки».

Шаг 6 — Выберите пункт меню «Только PIO», расположенный в поле «Режим передачи». Это будет устройство, соответствующее приводу, выдавшему ошибку. На большинстве компьютеров правильным вариантом будет «Устройство 0». Убедитесь, что вы не изменили первичное устройство канала IDE 0 при изменении свойств IDE, поскольку обычно это системный диск. Изменение режима передачи для этого диска может привести к неправильной работе ОС Windows.На компьютерах под управлением ОС Windows 7 снимите флажок с пункта меню «Включить DMA», чтобы отключить DMA. Это эквивалентно настройке «Только PIO» в более старых версиях ОС Windows.

Шаг 7 — Выберите или щелкните кнопку меню «ОК» и выйдите из приложений настройки. На вкладке Advanced Settings выберите PIO Only в поле Transfer Mode для устройства, которое представляет соответствующий диск. Обычно это Устройство 0. Затем нажмите OK и закройте все окна.

Шаг 8 — Перезагрузите компьютер и проверьте диск или устройство, которое выдает ошибку устройства ввода-вывода.

Шаг 9 — Если устройство или диск не работает после перезапуска, возможно, он не находится под устройством вторичного канала IDE 0. В этом случае измените режим передачи устройства 0 обратно на DMA и повторите процесс. для устройства 1 с основным каналом IDE, а затем для устройства 1 с дополнительным каналом IDE, если основное не работает (не забывая не менять устройство 0 с основным каналом IDE). После каждого изменения перезагружайте компьютер.

Проверьте состояние устройства в диспетчере устройств Windows

Если изменение настроек устройства канала IDE не работает, состояние диска можно проверить и устранить неполадки с помощью диспетчера устройств Windows.

Шаг 1 — Выберите меню «Пуск» и затем щелкните пункт меню «Панель управления».

Шаг 2 — Выберите пункт меню «Производительность и обслуживание», а затем щелкните пункт меню «Система».

Шаг 3 — Выберите вкладку меню «Оборудование» и откройте «Диспетчер устройств».

Шаг 4 — Найдите устройство, которое выдает ошибку устройства ввода-вывода, развернув пункты меню в соответствующей категории в диспетчере устройств.

Шаг 5 — Если вы заметили красный «X» на значке меню, расположенном рядом с описанием устройства, периферия оборудования отключена ОС.

Шаг 6 — Откройте вкладку меню «Общие» и выберите пункт меню «Включить устройство», расположенный под разделом меню «Состояние устройства».

Шаг 7 — Нажмите кнопку меню «ОК» и следуйте подсказкам меню по умолчанию, которые следуют ниже. После выхода из мастера включения устройства проверьте диск или привод, на котором возникает ошибка.

Шаг 8 — Если диск или привод не работает или продолжает выдавать ту же ошибку ввода-вывода, выберите вкладку меню «Общие» и щелкните пункт меню «Устранение неполадок» в разделе «Состояние устройства».

Шаг 9 — Нажмите кнопку меню «Ok» и следуйте подсказкам меню. Если по-прежнему отображается ошибка, вероятно, драйвер устройства требует обновления.

Шаг 10 — Выберите вкладку меню «Драйвер». Затем щелкните пункт меню «Обновить драйвер» и следуйте инструкциям ОС по умолчанию.

Шаг 11 — Перезагрузите компьютер и проверьте оборудование, которое выдает ошибку ввода-вывода.

Обратиться за помощью к производителю оборудования

После устранения ошибки устройства ввода-вывода некоторые конечные пользователи могут не решить проблему. Получение дополнительной информации, обновлений микропрограмм или драйверов у производителя оборудования, которые могут быть недоступны через Диспетчер устройств Windows, — это следующий шаг, который необходимо предпринять для решения проблемы.

Шаг 1 — Посетите веб-сайт производителя оборудования.

Шаг 2 — Найдите конкретную веб-страницу для аппаратного устройства, которое вызывает ошибку устройства.

Шаг 3 — Загрузите последнюю версию микропрограммы или драйвера устройства на свой компьютер.

Шаг 4 — Дважды щелкните микропрограмму или драйвер устройства после загрузки для установки на компьютер.

Шаг 5 — Перезагрузите компьютер и откройте или загрузите устройство, которое выдавало ошибку устройства ввода-вывода.

Устранение ошибок устройства ввода-вывода SD-карты

За последние пять лет количество устройств, содержащих SD-карты для использования дома или в автомобиле, значительно увеличилось. К ним относятся устройства GPS, модемы, теле- и радио-тюнеры, считыватели штрих-кода и адаптеры IrDA. К сожалению, обычная проблема, которая возникает у пользователей Windows Vista, — это ошибка устройства ввода-вывода при попытке чтения карт памяти SDHC размером 8 ГБ или больше. Ошибка может быть вызвана либо при нормальном рабочем состоянии компьютера, либо при выходе из спящего или спящего режимов.

Шаг 1 — Извлеките SD-карту, которая вызывает ошибку устройства ввода-вывода.

Шаг 2 — Посетите Центр обновления Майкрософт.

Шаг 3 — Загрузите и установите все рекомендуемые обновления операционной системы. Если на веб-сайте нет рекомендаций по загрузке, посетите сайты 32-разрядного пакета обновления SD или 64-разрядного пакета обновления SD и загрузите новое обновление ОС.

Шаг 4 — Установите новые обновления ОС, если приложение не запускалось автоматически двойным щелчком по файлу программы, сохраненному на рабочем столе компьютера.

Шаг 5 — Выберите подсказки меню по умолчанию и перезагрузите компьютер, когда установка будет завершена.

Шаг 6 — После перезагрузки компьютера вставьте SD-карту в устройство чтения SD-карт компьютера, и теперь она будет работать правильно.

Устройства ввода и вывода — GeeksforGeeks

Устройство ввода / вывода, часто известное как устройство ввода-вывода, представляет собой любое оборудование, которое позволяет оператору или другим системам взаимодействовать с компьютером.Устройства ввода / вывода, как следует из названия, способны доставлять данные (вывод) и получать данные от компьютера (ввод).
Устройство ввода / вывода (I / O) — это аппаратное обеспечение, которое может принимать, выводить или обрабатывать данные. Он принимает данные в качестве входных данных и предоставляет их компьютеру, а также отправляет компьютерные данные на носитель в качестве выходных данных.

Доступно множество устройств ввода-вывода, некоторые из них:

Внимание, читатель! Все, кто говорит, что программирование не для детей, просто еще не встретили подходящих наставников.Присоединяйтесь к демонстрационному классу для первого шага к курсу программирования, специально разработан для учащихся 8-12 классов.

Студенты узнают больше о мире программирования в этих бесплатных классах , которые определенно помогут сделать правильный выбор карьеры в будущем.

Устройства ввода

Клавиатура

Клавиатура является наиболее частым и широко используемым устройством ввода для ввода данных в компьютер. Хотя есть некоторые дополнительные клавиши для выполнения других операций, раскладка клавиатуры аналогична раскладке типичной пишущей машинки.
Обычно клавиатуры бывают двух размеров: 84 клавиши или 101/102 клавиши, но в настоящее время клавиатуры со 104 клавишами или 108 клавишами также доступны для Windows и Интернета.

Типы клавиш

• Цифровые клавиши: Используется для ввода числовых данных или перемещения курсора. Обычно он состоит из набора из 17 ключей.
• Клавиши набора: Буквенные клавиши (A-Z) и цифровые клавиши (09) входят в число этих клавиш.
• Клавиши управления: Эти клавиши управляют указателем и экраном.На нем есть четыре клавиши со стрелками. Home, End, Insert, Alternate (Alt), Delete, Control (Ctrl) и т. Д. И Escape — все это управляющие клавиши (Esc).
• Специальные клавиши: Enter, Shift, Caps Lock, NumLk, Tab и т. Д. И Print Screen относятся к числу специальных функциональных клавиш на клавиатуре.
• Функциональные клавиши: 12 клавиш от F1 до F12 в верхнем ряду клавиатуры.

Мышь

Самым распространенным указывающим устройством является мышь.Мышь используется для перемещения небольшого курсора по экрану при щелчке и перетаскивании. Курсор остановится, если вы отпустите мышь. Компьютер зависит от того, как вы двигаете мышью; он не двинется сам по себе. В результате это устройство ввода.
Мышь — это устройство ввода, которое позволяет перемещать мышь по плоской поверхности для управления координатами и перемещением курсора / указателя на экране.
Левая кнопка мыши может использоваться для выбора или перемещения элементов, а при нажатии правой кнопки мыши отображаются дополнительные меню.

Джойстик

Джойстик — это указывающее устройство, которое используется для перемещения курсора на экране компьютера. Сферический шар прикреплен как к нижнему, так и к верхнему концам палки. В розетке скользит нижний сферический шарик. Вы можете перемещать джойстик во всех четырех направлениях.

Джойстик по своим функциям сравним с мышью. Он в основном используется в САПР (компьютерное проектирование) и для компьютерных игр.

Световое перо

Световое перо — это тип указывающего устройства, которое выглядит как перо.Его можно использовать для выбора пункта меню или рисования на экране монитора. Фотоэлемент и оптическая система заключены в крошечную трубку.
Когда кончик светового пера перемещается по экрану монитора при нажатой кнопке пера, сенсорный элемент с фотоэлементом определяет местоположение на экране и подает сигнал в ЦП.

Сканер

Сканер — это устройство ввода, которое работает аналогично копировальному аппарату. Он используется, когда есть информация на бумаге, которую необходимо перенести на жесткий диск компьютера для последующей обработки.
Сканер собирает изображения из источника и преобразует их в цифровой формат, который может быть сохранен на диске. Перед печатью эти изображения можно изменить.

OCR

OCR обозначает оптическое распознавание символов и представляет собой устройство, считывающее печатный текст. OCR оптически сканирует текст, символ за символом, превращает его в машиночитаемый код и сохраняет в системной памяти.

Считыватель штрих-кода

Считыватель штрих-кода — это устройство, считывающее данные со штрих-кодом (данные, представленные светлыми и темными линиями).
Данные со штрих-кодом обычно используются для маркировки вещей, нумерованных книг и т. Д. Это может быть ручной сканер или часть стационарного сканера.
Считыватель штрих-кода сканирует изображение штрих-кода, преобразует его в буквенно-цифровое значение и затем отправляет его на компьютер, к которому он подключен.

Веб-камера

Поскольку она записывает видеоизображение сцены перед ней, веб-камера является устройством ввода. Он либо встроен в компьютер (например, ноутбук), либо подключается через USB-соединение.
Веб-камера — это крошечная цифровая видеокамера, подключенная к компьютеру. Она также известна как веб-камера, поскольку может снимать изображения и записывать видео. Эти камеры поставляются с программным обеспечением, которое необходимо установить на компьютер для трансляции видео в реальном времени через Интернет. Он может снимать изображения и HD-видео, однако качество видео не такое хорошее, как у других камер (в мобильных или других устройствах или обычных камерах).

Устройства вывода

Монитор

Мониторы, также известные как блоки визуального отображения (VDU), являются основным устройством вывода компьютера.Он создает изображения, располагая маленькие точки, известные как пиксели, по прямоугольной схеме. Количество пикселей определяет резкость изображения.
Для мониторов используются два вида экранов просмотра:
(1) Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ): Пиксели — это крошечные визуальные элементы, составляющие ЭЛТ-дисплей. Чем выше качество или разрешение изображения, тем меньше пикселей.
(2) Плоский дисплей с электронно-лучевой трубкой: По сравнению с ЭЛТ, плоский дисплей представляет собой тип видеодисплея с меньшим объемом, весом и потребляемой мощностью.Их можно повесить на стену или носить на запястье.
Плоские дисплеи в настоящее время используются в калькуляторах, видеоиграх, мониторах, портативных компьютерах и графических дисплеях.

Принтер

Принтеры — это устройства вывода, которые позволяют печатать информацию на бумаге.

Существует два типа принтеров:

(a) Ударный принтер:

В ударных принтерах символы печатаются на ленте, которая впоследствии прижимается к бумаге.Ниже приведены характеристики ударных принтеров:

• Исключительно низкая стоимость расходных материалов.
• Довольно шумно
• Из-за невысокой стоимости идеально подходит для крупномасштабной печати.
• Для создания изображения существует физический контакт с бумагой.

(b) Безударные принтеры:

В безударных принтерах символы печатаются без ленты. Поскольку эти принтеры печатают всю страницу за раз, они также известны как принтеры страниц.Ниже приведены характеристики безударных принтеров:

• Быстрее
• Они не издают много шума.
• Превосходное качество
• Поддерживает различные шрифты и размеры символов

Примеры вопросов

Вопрос 1. Перечислите недостатки ЭЛТ-монитора.

Ответ:

Некоторые из недостатков ЭЛТ:

• Высокое энергопотребление
• Большой размер и занимает много места на столе.
• Поскольку он менее яркий, чем ЖК-дисплей, он не идеален для чрезмерно яркого окружения.
• Они большие, тяжелые и неповоротливые.

Вопрос 2. Сравните устройства ввода и вывода.

Ответ.

S.No	Устройство ввода	Устройство вывода
1.	Данные принимаются от пользователя устройства	Показывает данные после обработки пользователю
2.	Он принимает данные пользователя и передает их процессору для сохранения во вторичной памяти или обработки.	Он принимает данные от процессора и возвращает их пользователю.
3.	Более сложное проектирование	Менее сложное проектирование
4.	Эти устройства используются для приема данных	Эти устройства используются для отображения или отображения данных
5.	Пример: клавиатура, мышь и т. Д.	Пример: монитор, принтер и т. Д.

Вопрос 3. Каковы типы плоских дисплеев?

Ответ:

Существует 2 типа плоских дисплеев:
(a) Эмиссионный дисплей: Устройства, преобразующие электрическую энергию в свет, известны как эмиссионные дисплеи. Пример: светодиоды, плазменные панели, тонкопленочные электролюминесцентные дисплеи и т. Д.
(b) Неизлучающий дисплей: Оптические эффекты используются в неэмиссионных дисплеях для преобразования солнечного света или света от другого источника в графические узоры.ЖК-дисплеи — хороший пример (жидкокристаллическое устройство).

Вопрос 4. Объясните устройство вывода: Плоттер.

Ответ:

Плоттер — это устройство, которое печатает графику в различных цветовых форматах с высококачественными изображениями. Он похож на принтер, но с более широкими возможностями. Плоттер
позволяет нам создавать изображения, 3D-открытки, рекламные вывески, диаграммы и различные конструкции внутреннего устройства строительных машин, а также печатать большие карты, архитектурные чертежи, широкоформатную печать, а также создавать изображения, 3D-открытки, рекламу знаки, схемы и различные конструкции внутреннего устройства строительных машин.

Вопрос 5. Сравните ударные и безударные принтеры.

Ответ:

S.No	Ударные принтеры	Non-Impact Printers
9055 9055 Скорость		9055 2.	Много шума	Они менее шумные
3.	Дешевый	Дорогой
4.	Низкое качество по сравнению с безударными принтерами.	Печать хорошего качества
5.	Он работает путем вбивания набора металлических булавок или набора символов в бумагу.	Чернила наносятся в нескольких формах во время печати.

Как исправить — Ошибка устройства ввода-вывода в Windows 10/8/7 / XP?

Ваш компьютер сообщает об ошибке устройства ввода-вывода при доступе к запоминающему устройству в Windows 10/8/7 / XP? Ошибка устройства ввода-вывода может произойти на различных устройствах, таких как жесткий диск, внешний жесткий диск, USB-накопитель, ручка, SD-карта, SSD, CD, DVD и т. Д.Вы знаете, почему возникает эта ошибка и как ее быстро исправить? Вот несколько способов исправить ошибку устройства ввода-вывода без потери файлов в процессе.

Что такое ошибка устройства ввода-вывода?

«Я только что вставил флэш-накопитель USB 64 ГБ в свой ноутбук Dell XPS15 с Windows 10 и хотел перенести файлы на локальный жесткий диск в качестве резервной копии. Однако USB-накопитель не работал должным образом. Он отображается в проводнике как обычно, но я не могу его открыть и получаю сообщение об ошибке «Местоположение недоступно.G: \ недоступен. Запрос не может быть выполнен из-за ошибки устройства ввода-вывода «. Я перезапустил компьютер и попробовал его на другом USB-порту, но по-прежнему получаю ошибку ввода-вывода. Мне действительно нужно, чтобы он работал, так как он содержит важные файлы, которые ‘ Резервная копия еще не сохранена. Спасибо за любую помощь! »

Устройство ввода-вывода

, также известное как устройство ввода-вывода, представляет собой аппаратное устройство, которое может принимать входные или выходные данные, то есть отправлять данные на компьютер и получать данные с компьютера. Устройство ввода способно вводить данные в компьютер, а устройство вывода отвечает за вывод данных для связи между пользователями и компьютерами.Следовательно, устройство ввода-вывода является двунаправленным, что обычно относится к категории хранилищ, например USB-накопитель, DVD-ROM, жесткий диск и т. Д.

Поскольку большинство аппаратных устройств, за исключением устройств хранения, не требует обмена данными ввода / вывода с ПК, когда вы сталкиваетесь с ошибкой устройства ввода / вывода, она обычно возникает на устройстве хранения, и ваша компьютерная система становится неспособной читать или записывать ее. Ошибка устройства ввода-вывода довольно распространена, и многие пользователи сталкивались с ней при попытке чтения или записи с жесткого диска или съемного носителя.Когда происходит ошибка устройства ввода-вывода, вы можете получать различные сообщения об ошибках. Вот некоторые из наиболее часто генерируемых сообщений, связанных с ошибкой:

• Коды ошибок ввода-вывода, такие как ошибка 6, ошибка 21, ошибка 103, ошибка 105, ошибка 131 и другие.
• Запрос не может быть выполнен из-за ошибки устройства ввода-вывода.
• Выполнена только часть запроса ReadProcessMemory или WriteProcessMemory
• Ошибка: тайм-аут устройства ввода-вывода

Ошибка устройства ввода-вывода означает, что что-то не так с аппаратным устройством или операционной системой.Если вы столкнулись с подобной проблемой, вы можете попробовать методы, описанные в этой статье, чтобы исправить ошибку быстро и безопасно.

Возможные причины ошибки устройства ввода / вывода

За ошибкой устройства ввода-вывода на запоминающем устройстве или компьютере под управлением Windows 10/8/7 / XP существует множество потенциальных причин. Здесь перечислены наиболее частые причины:

• Неисправное или неплотное соединение: что-то не так с подключением, например, запоминающее устройство не подключено должным образом, или порт USB / USB-кабель / USB-адаптер / считывание карты сломаны или повреждены, поэтому компьютер не может распознать подключенный устройство нормально и сообщает об ошибке ввода-вывода.
• Несовместимые или поврежденные драйверы оборудования: если драйверы устройства хранения устарели, повреждены, повреждены или несовместимы, операционная система может иметь проблемы с обнаружением устройства и приводить к ошибке устройства.
• Windows пытается использовать режим передачи, который не может использоваться на устройстве или несовместим с аппаратным устройством.
• Устройство хранения повреждено: устройство хранения может содержать слишком много поврежденных секторов или иметь другие физические повреждения, что может привести к неожиданным ошибкам устройства.
• Съемный носитель, такой как CD, DVD или карта памяти, чрезмерно загрязнен или поврежден. Иногда вы также можете получить ошибку «USB-устройство не распознано».
• Неверная буква диска: в некоторых случаях портативное устройство обнаруживается с неправильной буквой драйвера, и вы также можете получить проблему с устройством ввода-вывода.

Поскольку причины ошибки устройства ввода-вывода различаются от человека к человеку, исправить ее может быть просто или сложно, в зависимости от конкретной ситуации. Обычно эту ошибку можно устранить следующими способами.

Решение 1. Проверьте соединения оборудования

Неправильная передача данных или потеря соединения оборудования обычно приводят к этой ошибке ввода-вывода, поэтому перед попыткой любых других решений необходимо убедиться, что оборудование подключено правильно.

Если речь идет о внешнем жестком диске, убедитесь, что кабель, соединяющий устройство и компьютер, работает правильно. Если кабель перестает работать правильно, внешний диск не может работать должным образом. Вы можете заменить текущий кабель на новый, а также попробовать подключить диск к другому USB-порту.

Для других съемных устройств, таких как флэш-накопитель USB и SD-карта, вы можете попробовать вставить их в порт USB с задней стороны корпуса компьютера. Если ошибка не исчезнет, ​​попробуйте подключить устройство к другому компьютеру.

Для локальных жестких дисков вам необходимо открыть корпус компьютера и проверить, правильно ли вставлены кабели SATA / IDE в свои гнезда. Обратите внимание, что такие операции рекомендуются только опытным пользователям, так как в корпусе слишком много внутренних элементов, которые могут быть повреждены из-за неправильных действий.

Если это решение устраняет ошибку, проблема решена. Если это не помогло, продолжайте давать растворы.

Решение 2. Запустите компьютер в состоянии чистой загрузки

Этот метод поможет вам понять, вызвана ли эта ошибка конфликтом драйверов или приложений, а также определить, какое программное обеспечение вызывает проблему. В чистой загрузке компьютер легко запустить.

Шаг 1 Войдите в Windows как учетную запись администратора и одновременно нажмите клавишу с логотипом Windows и клавишу R, чтобы открыть диалоговое окно «Выполнить».

Шаг 2 Введите msconfig в поле «Выполнить» и нажмите клавишу Enter, чтобы открыть окно «Конфигурация системы».

Шаг 3 Щелкните вкладку Общие в окне Конфигурация системы, выберите Выборочный запуск и снимите флажок Загружать элементы запуска .

Шаг 4 Перейдите на вкладку Service и выберите опцию Hide all Microsoft services , после чего вам нужно нажать кнопку Disable all .Затем нажмите кнопку ОК.

Шаг 5 Сохраните все открытые файлы и закройте все программы, а затем перезагрузите компьютер. На этот раз ваш компьютер загрузится в состоянии чистой загрузки, и вы можете попытаться получить доступ к диску или диску, чтобы проверить, существует ли ошибка.

Если ошибка исчезла, вы можете выполнить описанные выше действия, чтобы включить службы одну за другой, чтобы исключить, какая программа вызывает проблему. Затем удалите приложение, чтобы избавиться от проблемы. Когда проблема будет устранена, вам нужно будет вернуть настройку в исходное состояние.

Решение 3. Проверьте сбойные секторы на устройстве хранения

Учитывая, что ошибка устройства ввода-вывода также может быть вызвана повреждением диска, и вы можете просто протестировать поврежденный сектор на рассматриваемом устройстве. Процесс проверки плохих секторов дает четкую карту диска и помогает убедиться, не поврежден ли диск физически.

Примечание. Проверка поврежденных секторов — это процесс только для чтения, но восстановление поврежденных секторов приводит к повреждению данных. Следовательно, если устройство содержит важные файлы, вам следует создать резервную копию или восстановить файлы, прежде чем пытаться восстановить поврежденные сектора.

Шаг 1 Подключите устройство к компьютеру и запустите Eassos DiskGenius Free. Выберите диск в программном обеспечении и щелкните меню Disk , чтобы выбрать « Verify or Repair Bad Sectors ».

Шаг 2 Нажмите кнопку Start Verify в нижней части окна, и программа начнет сканирование диска.

Процесс сканирования может занять много времени, если он имеет очень большую емкость. Состояние диска отображается с помощью цветных блоков, таких как Отличное, Хорошее, Нормальное, Общее и т. Д.Плохие сектора помечаются как поврежденные красным блоком. Вы также должны обратить внимание на серьезные блоки, так как они могут перерасти в поврежденные сектора в будущем.

Шаг 3 После завершения процесса проверки сбойных секторов вы получите окно сообщения с указанием номеров сбойных секторов, обнаруженных DiskGenius.

Если вы создали резервную копию всех файлов на поврежденном диске, вы можете нажать кнопку «Восстановить», чтобы попытаться восстановить эти поврежденные сектора.

Решение 4. Измените режим передачи в свойствах канала IDE

Операционная система не может передавать данные между компьютером и устройством, если режим передачи для привода изменен или неверен.Вы можете решить проблему, изменив режим передачи для привода, выполнив следующие действия:

Шаг 1 Откройте диспетчер устройств. Щелкните правой кнопкой мыши значок «Этот компьютер» на рабочем столе и выберите «Управление» в появившемся меню. Выберите «Диспетчер устройств» в окне «Управление компьютером».

Шаг 2 Найдите и разверните IDE ATA / ATAPI controller , и вы увидите множество каналов, перечисленных здесь. Щелкните правой кнопкой мыши канал, который вызывает ошибку устройства ввода-вывода, и выберите параметр Properties .Если вы не можете определить, какой канал IDE следует выбрать, выберите канал с пометкой «Вторичный канал IDE».

Шаг 3 На вкладке Advanced Settings выберите PIO only в поле режима передачи для устройства. Затем перезагрузите компьютер и проверьте диск, исправлена ​​ли ошибка ввода-вывода.

Решение 5. Обратитесь за помощью к производителю оборудования

Если вы попробовали методы, упомянутые выше, но проблема все еще существует, возможно, вам потребуется помощь экспертов. Вы можете обратиться в службу технической поддержки производителя оборудования или компьютера для получения дополнительной помощи.

Шаг 1 Посетите веб-сайт производителя оборудования и загрузите последнюю версию драйвера или прошивки для устройства, которое сообщает об ошибке устройства ввода-вывода.

Шаг 2 Дважды щелкните программу установки драйвера или микропрограммы и установите ее на свой компьютер. Затем перезагрузите компьютер и проверьте, сохраняется ли ошибка.

Шаг 3 Отправьте электронное письмо в службу технической поддержки оборудования, о котором идет речь, и попросите решения проблемы. Если устройство не подлежит ремонту, его необходимо заменить на новый.

Как восстановить данные с диска с ошибкой устройства ввода-вывода?

Если у вас есть важные данные на жестком диске или съемном диске, которые сообщают об ошибке устройства ввода-вывода, вам лучше попытаться получить файлы с помощью профессионального программного обеспечения для восстановления данных, прежде чем пытаться исправить ошибку. Это лучший способ избежать потери данных. Следует отметить, что процесс восстановления может быть не плавным, если на диске есть сбойные сектора или соединение не работает нормально. Накопитель может привести к зависанию всего компьютера, когда операционная система и программа восстановления пытаются прочитать данные.Поэтому здесь необходима профессиональная программа восстановления для работы с поврежденными дисками.

В этой части рекомендуется Eassos DiskGenius Pro для восстановления данных с поврежденного диска. С помощью этого инструмента вы можете легко и быстро восстановить потерянные данные, не повредив исходное устройство или данные. Вы можете восстановить потерянные или удаленные файлы на SD-карте, внутреннем жестком диске, внешнем жестком диске, флеш-накопителе, виртуальном диске и т. Д., А также обработать диск, содержащий несколько сбойных секторов. В некоторых случаях это программное обеспечение для восстановления данных может отображать восстанавливаемые файлы без сканирования, что экономит время и усилия.

Шаг 1 Подключите диск с ошибкой устройства ввода-вывода к компьютеру и запустите Eassos DiskGenius Pro.

Шаг 2 Выберите устройство, на котором вы хотите восстановить данные, и нажмите кнопку « File Recovery » на панели инструментов, чтобы открыть окно «Восстановление файлов».

Шаг 3 Выберите режим Complete Recovery и « Search For Known File Types » и нажмите кнопку Start . Вскоре программа начнет быстрое и глубокое сканирование для поиска потерянных файлов на устройстве.

Шаг 4 Предварительный просмотр файлов во время или после сканирования, чтобы определить, что вы хотите восстановить, и проверить, можно ли восстановить файлы правильно.

Шаг 5 Выберите файлы и папки, которые нужно восстановить, и щелкните их правой кнопкой мыши, чтобы выбрать « Копировать в » из контекстного меню. Затем вы можете сохранить выбранные данные на другой диск.

Заключение

Это руководство дает несколько решений для исправления ошибки устройства ввода-вывода на носителе и объясняет, как получить данные с диска с ошибкой устройства ввода-вывода.Ошибка устройства ввода-вывода не указывает на конец устройства хранения, так как во многих ситуациях его можно отремонтировать. Мы надеемся, что вы сможете исправить эту ошибку самостоятельно, выполнив действия, описанные в этой статье. Если у вас есть какие-либо вопросы или вам нужна помощь по этому поводу, напишите в нашу службу поддержки по электронной почте.

Глава 9 — Ввод / вывод

Этот Глава охватывает следующие основные темы:

о Характеристики типичных устройств ввода / вывода

о Методы обработки ввода / вывода

о Программируемый ввод / вывод

о Прямой доступ к памяти

о прерывания

о Архитектура CPU-Memory-I / O

---

Характеристики типичных устройств ввода-вывода

Компьютер полезность в конечном итоге зависит от его ввода / вывода ( I / O ) возможности

Ввод / вывод вычислительные средства для обеспечения ввода / вывода пользователя, хранения данных и возможности поиска и доступа к сети в компьютерной системе

Ввод / вывод требует специализированного оборудования и программного обеспечения

Там есть 4 типа устройств ввода / вывода:

о Ввод e.грамм. клавиатура

о Выход например экран

о И вход, и выход например, сеть

о Хранилище например диск (поскольку выполняется как операция ввода-вывода)

Один одной из наиболее важных характеристик устройства ввода / вывода является его скорость передачи данных

о Количество данных, которые могут быть переданы с / на устройство ввода / вывода за период времени

Данные скорость обычно измеряется как байта или бит в секунду

Ввод / вывод устройства различаются по скорости передачи данных и типам трафика данных

Фигура 8.1 на странице 207, показывает типичные скорости передачи данных для различных устройств ввода-вывода:

о В качестве медленнее 100 байт в секунду для клавиатуры

о В качестве скорость до 100 МБ в секунду в случае сети

Там это 4 типа поведения трафика, которые устройства ввода-вывода могут демонстрировать

о Характер за один раз

о Блокировать знаков одновременно

о Лопаться трафик

о Устойчивый трафик

В следующие основные факторы, определяющие скорость передачи данных устройства ввода / вывода:

о Физический ограничение устройства

о Пропускная способность интерфейса, который связывает устройство с ЦП и памятью

о Ожидал трафик данных на устройстве (например,грамм. клавиатура не требует высокой скорости передачи данных)

An Скорость передачи данных устройства ввода-вывода может стать узким местом в общей производительности компьютерная система

Критический Устройства ввода-вывода (например, диск, сеть, экран) обычно ориентированы на скорость передачи данных. улучшения

Клавиатура

Клавиатура это устройство ввода на основе символов, способное вводить буквенно-цифровые данные

Клавиатура входные данные декодируются внутри в виде кодов Unicode, ASCII или EBCDIC

В многопользовательские системы к компьютерной системе можно подключить множество клавиатур

Вход с клавиатуры работает очень медленно (т.е. 100 знаков в секунду)

Движение громкость клавиатуры очень низкая из-за:

о Пользователь скорость набора

о Пользователь скорость обработки мыслей

ЭЛТ-экран и принтер

Экран и принтеры могут быть как текстовыми, так и графическими устройствами вывода

Экраны и принтеры работают в широком диапазоне скоростей передачи данных

Текстовая база принтеры и экраны не требуют высокой скорости передачи данных (т.е.е. объем данных низкий)

Графический вывод на последние модели экранов и принтеров требует высоких скоростей передачи данных (т. е. объем данных велик)

Экраны с выводом видео требует еще более высокой скорости передачи данных (т. е. 10 МБ на второй)

Диск

Диск запоминающее устройство

Диск хранение и извлечение (т. е. чтение и запись) выполняется как I / O

Диск рассматривается как устройство ввода и вывода

Диск используется для хранения файлов данных и программ с переменным размером

Диск для ввода или вывода данных требуется очень высокая скорость передачи данных (несколько МБ в секунду)

Сеть

Сеть интерфейсы становятся все более важным источником ввода / вывода

Программ и данные, хранящиеся на диске удаленного компьютера, передаются на локальную станцию и наоборот

Текущий Сетевой интерфейс Ethernet может поддерживать скорость передачи данных в гигабитах в секунду и еще выше

---

Методы обработки ввода-вывода

Это Важно отметить, что прикладная программа не выполняет ввод / вывод напрямую

заявка программам требуются службы ввода-вывода из операционной системы (т.е.е. централизованный ввод / вывод)

Следовательно Инструкции ввода / вывода являются привилегированными и могут быть инициированы только оператором. система

Компьютеры поддерживает два метода обработки ввода / вывода:

о Программируемый ввод / вывод

о Прямой доступ к памяти (DMA)

Для компьютеры, чтобы иметь возможность обрабатывать ввод-вывод в достаточной и эффективной манере, необходимо:

1. Индивидуальный адресация каждого устройства

2. Разрешение устройства для инициирования связи с CPU

3. Метод для передачи большого объема данных между устройствами быстрого ввода / вывода и памятью

4. Последовательный средство для программ, обрабатывающих ввод-вывод с самых разных устройств

Модуль ввода / вывода

В Требования 4 ^-го говорят о том, что подключать Устройства ввода / вывода напрямую к CPU

Каждый устройство или класс устройств имеют свой собственный специальный интерфейс, используемый для его подключения с CPU

Этот интерфейс называется интерфейсный модуль или модуль ввода / вывода или устройство контроллер

Иногда имя устройства используется в имени контроллера устройства (например,грамм. дисковый контроллер)

В Модуль ввода / вывода может выступать в качестве прямого интерфейса между системной шиной и вводом / выводом. устройство, которым оно управляет

В Модуль ввода / вывода также может быть частью самого устройства (например, принтера)

Видеть Рисунок 9.3 на странице 237 для иллюстрации интерфейса модуля ЦП и ввода / вывода

В Модуль ввода / вывода обеспечивает следующие основные функции:

о Принимает команды от ЦП для управления и выполнения операций ввода-вывода на его устройствах

о Органы управления и управляет устройствами, за управление которыми отвечает

о Предоставлять буфер для хранения данных до их передачи из памяти

о Прямой передача данных из и в память

о Прерывать возможность уведомлять ЦП и завершение ввода / вывода или любые ошибки ввода / вывода

Каждый Модуль ввода-вывода будет иметь уникальный адрес, который позволит ему идентифицировать операцию ввода-вывода. предназначен для этого

Ввод / вывод доступ к устройству осуществляется путем указания адреса устройства в адресе ввода / вывода регистр

В поле адреса для инструкции ввода / вывода можно использовать для указания адреса Устройство ввода / вывода

Это также часто бывает, что модуль ввода / вывода имеет несколько адресов

о Адрес другое устройство, когда модуль поддерживает несколько устройств

Преимущества

В Модуль ввода / вывода обеспечивает следующие преимущества

о Упрощать интерфейс между устройствами ввода / вывода и CPU

о Предоставлять согласованные методы обработки ввода-вывода для ЦП на разных устройствах ввода-вывода

о Абстрактный ЦП от знания конкретной реализации устройства и команд

о Разгрузить значительный объем операций ввода-вывода со стороны ЦП, освобождая его для выполнения других задачи

о Разрешать параллельное управление несколькими различными устройствами ввода / вывода

---

Программируемый ввод / вывод

Запрограммированный Ввод-вывод — это метод обработки ввода-вывода со следующими характеристиками:

о Процессор иметь пару регистров для взаимодействия с устройством ввода / вывода

Регистр данных для хранение данных ввода / вывода

Адресный регистр для адресация устройства ввода / вывода

о Вход выполняется путем передачи данных непосредственно из модуля ввода-вывода устройства в модуль ввода-вывода. регистр данных

о Выход выполняется путем передачи данных непосредственно из регистра данных ввода / вывода на устройство Модуль ввода / вывода

о Данные передается между устройством ввода-вывода и ЦП по одному слову за раз

о Ввод / вывод эксплуатация полностью находится под программным управлением

Вход и вывод обрабатываются аналогично доступу к памяти (т.е. ЗАГРУЗИТЬ И ХРАНИТЬ инструкция)

В регистры данных и адреса работают аналогично регистрам MAR и MDR

В в некоторых системах MAR и MDR используются как регистры ввода / вывода

В в этих системах ЦП помещает специальный сигнал, чтобы указать, передача — это ввод / вывод или доступ к памяти

Фигура 9,4 на стр. 239 показывает чтение с клавиатуры в программируемом вводе / выводе

.

Запрограммированный Ввод-вывод медленный с

о Полный Для каждого переданного слова данных ввода / вывода требуется цикл выборки-выполнения команды

Запрограммированный Ввод-вывод в основном используется для ввода с клавиатуры и аналогичных медленных символьных операций ввода-вывода. устройства

Прямой доступ к памяти

В Прямой доступ к памяти (DMA) — это метод обработки ввода-вывода для передачи блоки данных за одну операцию ввода / вывода

DMA разработан для удовлетворения требований к обработке ввода / вывода 3 ^th

3 основные условия должны быть выполнены для работы прямого доступа к памяти

1. Метод для подключения модуля ввода / вывода и памяти

2. Ввод / вывод модуль должен иметь возможность читать и записывать в память

3. Метод во избежание конфликта между ЦП и модулем ввода / вывода при одновременной записи в память

Прямой доступ к памяти (DMA) — это метод обработки ввода-вывода со следующими характеристики

о Данные передается между устройством ввода / вывода и памятью без вмешательства процессора

о В Модуль ввода / вывода контролирует передачу данных, оставляя ЦП свободным для других полезных работа

о В Модуль ввода-вывода уведомляет ЦП прерыванием о завершении передачи

о В передача все еще инициируется программой, выполняющейся в CPU

о DMA хорошо подходит для высокоскоростной передачи данных (например,грамм. передача с диска, видео ввод / вывод устройство и др.)

В следующие шаги выполняются для завершения передачи DMA

о Программа подготовить модуль ввода / вывода для передачи данных, обеспечив следующие информация

Место нахождения данных на устройстве ввода / вывода (например, расположение блока на диске)

Запуск расположение данных в памяти

Размер блока к передаче

Направление передачи (т.е. чтение ввода / вывода → память, запись памяти → ввод / вывод)

о Программа инициирует перевод

о Программа приостановлен в ожидании завершения ввода / вывода

о В Модуль ввода / вывода берет на себя управление и выполняет передачу DMA

о Ввод / вывод модуль отправляет прерывание завершения на CPU

о Программа возвращает управление, чтобы продолжить выполнение

---

Прерывания

Прерывать предоставляет метод обработки непредсказуемого ввода

Прерывать разработан для удовлетворения требований к обработке ввода / вывода 2 ^nd и 3 ^rd

Опрос — один из методов обработки непредсказуемого ввода

Опрос это процесс периодической проверки внешних событий (например,грамм. проверить ввод с клавиатуры)

Опрос Недостатки:

1. Обработка событий не выполняется в реальном времени

2. Задача состоит в том, чтобы определить, как часто нужно проверять ввод данных

3. Потеря циклов ЦП для проверки наличия ввода

Прерывать дает следующие преимущества по сравнению с опросом

1. В реальном времени обработки событий

2. Бесплатно ЦП от ожидания событий

3. Нет трата циклов ЦП на проверку событий

Прерывать требуют немедленного внимания ЦП (например, ввод с клавиатуры, сбой питания, завершение ввода / вывода и т. д.)

В нормальный поток исполняемой программы на ЦП прерывается, чтобы реагировать на прерывание

Современный компьютеры обеспечивают возможность прерывания через специальные линии управления, подключенные непосредственно к процессору, известная как линия прерывания

А сигнал на любой из линий прерывания называется прерыванием

An прерывание на любой из линий прерывания заставляет ЦП приостанавливать выполнение программа и переход к специальной программе обработки прерываний

2 для идентификации прерывающего устройства обычно используются различные методы:

о Векторное прерывание

В адрес устройства прерывания включен как часть прерывания

Преимущества

о Быстро

Недостатки

о Сложный и требует дополнительного оборудования

о Общее прерывание

А единое прерывание используется всеми устройствами

Опрос каждого устройства при возникновении прерывания для определения прерывающего устройства

Преимущества

о Медленно

Недостатки

о Простой спроектировать и внедрить

Множественные прерывания и приоритезация

Много устройства и индикаторы событий могут одновременно конкурировать за обслуживание прерываний. время

Иерархия прерывания с каждым устройством назначается приоритет используется для решения проблема с множественными прерываниями

верхний приоритетное прерывание всегда обрабатывается первым

В прерывание с более низким приоритетом должно дождаться прерывания с более высоким приоритетом завершено

А более высокий приоритет также разрешен для прерывания прерывания с более низким приоритетом

Самый системы позволяют системному администратору устанавливать приоритет для различных прерываний

Самый высокий приоритет обычно зарезервирован для прерываний, чувствительных ко времени (например,грамм. власть отказ)

Приоритет может быть установлен программно или аппаратно

Для Например, физическое расположение оборудования может определять приоритет

Видеть Рисунок 9.12 на странице 348 для иллюстрации обработки нескольких прерываний

Самый прерывания могут быть временно отключены программной инструкцией при возникновении критического задача должна выполняться без перерыва

Прерывания которые можно отключить, известны как maskable

Некоторые прерывания не могут быть отключены и известны как немаскируемые

Самый современные компьютеры сохраняют отключенные прерывания, чтобы при прерывании включен, ожидающие прерывания обслуживаются

Сервисные прерывания

Фигура 9.5 на странице 241 показаны шаги, выполняемые для обслуживания прерывания:

1. Полный выполнение текущей инструкции

2. Все регистры сохраняются в стеке или в специальной области, известной как процесс блок управления

3. В На ПК также загружается начальная позиция программы обработки прерываний. известна как процедура обработки прерывания

4. А выполняется переход к месту нахождения ПК (т.е. программа обработки прерывания)

5. Выполнять программа обработки прерывания

6. Восстановить регистры из стека (т.е. содержимое регистров до прерывания)

7. В исходная программа возобновляет выполнение

Прерывать процедуры обработки предоставляются операционной системой

Эти подпрограммы загружаются как часть загрузки операционной системы и обычно реализовано в ядре операционной системы

Прерывание как извещатель внешнего события

Этот вид прерывания используется для уведомления программы о внешнем событии, которое требуется действие

В CPU уведомляется о событии, когда оно происходит в режиме реального времени

Клавиатура input — это пример внешнего события, см. рисунок 9.6 на стр. 242

Прерывание как сигнал завершения

Этот вид прерывания служит для уведомления ЦП о завершении определенного курс действий

Пример поток управления выходным устройством

В прерывание может использоваться для управления потоком данных на принтер (т. е. принтер информирует ЦП, когда он готов принять дополнительные данные для печати)

Видеть Рисунок 9.7 на стр. 244 для иллюстрации управления потоком с использованием прерываний

Прерывание как средство распределения процессорного времени

Этот вид прерывания позволяет операционной системе распределять время процессора между разными программы, совместно использующие ЦП (т. е. многозадачность)

Этот необходимо, поскольку ЦП может выполнять только одну инструкцию за раз

Небольшой квант процессорного времени выделяется для каждой программы с быстрой ротацией между программы

В Операционная система использует внутренние часы, которые периодически отправляют прерывания. к CPU

Когда происходит прерывание часов, программа обработки прерывания возвращает управление Операционная система для выбора следующей программы для выполнения

Видеть Рисунок 9.8 на стр. 245 для иллюстрации разделения времени операционной системы с использованием прерывание

Прерывание как индикатор ненормального события

Этот вид прерывания, также известный как прерывание или исключения

Эти прерывания обычно генерируются внутри ЦП (например, деление на ноль, нарушение памяти, неверная инструкция и т. д.)

В процедура прерывания уведомит пользователя об ошибке и вернет управление Операционная система

Эти тип прерываний также позволяет обрабатывать аномальные события, влияющие на работа самого компьютера

Власть отказ является примером этого типа события

Самый компьютеры обеспечивают достаточное резервное питание, чтобы его можно было плавно выключить до предотвратить потерю данных

Другой пример пытается выполнить недопустимую инструкцию или аппаратную ошибку, которая предотвращает продолжение выполнения программы

Программные прерывания

В прерывания, которые мы рассмотрели до сих пор, известны как аппаратное прерывание

Современный Наборы команд ЦП включают инструкции для имитации прерывания в программном обеспечении

Пример это инструкции x86 INT и IBM S / 370 SVC инструкции

Обслуживание программное прерывание работает очень похоже на обслуживание аппаратного прерывания

Программное обеспечение прерывание приводит к переходу к известной программе обработки прерывания

An важное применение программного прерывания:

Запрос служба операционной системы

Запрос операционная система централизованного ввода / вывода

Программ запрашивать ввод / вывод из операционной системы через запросы программного прерывания

Видеть Рисунок 9.10 на стр. 247, где показано, как обрабатывается прерывание IBM SVC. работает

---

Системное соединение

Этот в разделе описаны различные методы соединения устройств ввода / вывода, память и CPU

Там это 2 базовые архитектуры интерфейса ввода / вывода, которые обычно используются

о Архитектура шины общий архитектура интерфейса

о Архитектура канала , характерная для мэйнфреймов IBM

Автобусная архитектура

Автобус это физическое соединение, которое позволяет передавать данные с одного компонент к другому

А автобус состоит из ряда электрических проводов, пригодных для перевозки компьютерные сигналы

А автобус может быть длиной до

о Немного футов длиной по проводам, по которым передаются данные между компьютерами

о Немного проводник длиной в микродюймы, несущий данные между регистрами в ЦП

Каждый проводник / провод называется линией

Каждый линия может передавать один электрический сигнал одновременно

А автобус может содержать несколько маршрутов или несколько сотен маршрутов в зависимости от автобуса. сложность

Линии в автобусе обычно присваивают имена, чтобы их было легко идентифицировать

Линии на автобусе можно сгруппировать в 4 основные категории

о Линии передачи данных переносят данные

о Адресные строки переносят адрес получателя данных

о Линии управления перенести управляющая информация и команды

о Линии электропередачи передающие электрическая мощность от одного модуля к другому

В шина, соединяющая ЦП и память, содержит

о Адресные строки проходят Содержимое MAR в адресный декодер

о Строки данных передача данные между ЦП и памятью

о Линии управления перенести синхронизирующие и управляющие сигналы (например,грамм. прерывание, чтение / запись и т. д.)

Там также являются шинами, которые обеспечивают взаимосвязь между компонентами в CPU

.

Эти встроены в микросхему ЦП и не видны, поэтому эти линии не присвоены имена

Подключение шины

Там 2 типа автобусных маршрутов

о Двухточечный автобус

Нести сигналы из определенного источника в определенное место назначения

Делает не требуются адресные строки (т.е. источник и место назначения всегда известны)

Пример: кабель, соединяющий параллельный порт с принтером в персональном компьютере

о Многоточечная шина или Многоточечная шина или широковещательная шина

Соединять несколько компонентов вместе

Сигналы произведенный источником транслируется во все пункты назначения на автобусе

Требует адресные строки для определения желаемого пункта назначения (если предполагается достичь некоторого пункта назначения, а не всех)

Пример: Кабель Ethernet, соединяющий компьютеры в локальную сеть

Характеристики шины

Характеристики автобусов зависят от их использования

В В целом автобусы можно охарактеризовать по их

о Пропускная способность Скорость передачи данных (измеряется в бит в секунду)

о Ширина данных количество данных, которые могут быть переданы за один раз (измеряется в битах)

о Тип автобуса (точка-точка или многоточечный)

о Емкость адресации (измеряется как 2 ⁿ , где n — количество адресных строк)

о Тип управления Управление линии для определения времени и команд управления

о Электрические / механические характеристики (e.грамм. количество выводов на проводнике, напряжение и т. д.)

автобусов также обычно обозначаются как

о Параллельный

Там это отдельная строка для каждого бита данных (несколько битов могут быть переданы в одновременно)

Обеспечивает высокая пропускная способность и, следовательно, высокая скорость передачи данных

Жестяная банка быть дорогим из-за большого количества требуемых линий

Внутренний автобусы почти всегда параллельны

о Серийный

Одинокий строка для данных (т.е. данные передаются последовательно по одному биту за раз)

Ниже пропускная способность, чем у параллельной шины

Характеристика шины необходимо для обеспечения взаимодействия шины с другими устройствами

автобусов которые являются внутренними по отношению к ЦП, не охарактеризованы, поскольку они не взаимодействуют вне CPU

Системная шина

Фигура 7,9 на стр. 165 показывает типичное соединение между ЦП, памятью и вводом-выводом. устройств в современном персональном компьютере

о Задняя шина межсоединение ЦП с кэш-памятью

о Внешняя шина соединяет ЦП с основной память и устройства ввода / вывода

о Мост PCI соединяет различные типы автобусов с системной шиной

о Внешние порты соединяют внешние входы / выходы устройств к компьютерной системе

о В внешняя шина не подключается напрямую к устройствам ввода / вывода (промежуточные шины существует)

о В интерфейс между различными типами шин называется интерфейс шины или автобусный мост

о В шинный интерфейс позволяет различным шинам связываться с друг друга

о Там разные стандартные технологии шины ввода / вывода

Периферийный интерфейс управления (PCI)

Ускоренный графический процессор (AGP)

Промышленность стандартная архитектура (ISA)

о Стандарт Шина ввода-вывода (например,грамм. PCI) предоставляет общий интерфейс ввода-вывода, в котором одно и то же устройство ввода-вывода может использоваться во многих разных компьютерах

Фигура 7.12 на странице 168 показаны спецификации шины PCI

.

о Прийти в 32- или 64-битных строках данных / адреса (AD00-31 и AD32-63)

о Различный линии управления для синхронизации и определения сигналов управления чтением и записью и т. д.

о Различный линии электропитания для питания интерфейсной платы съемного устройства

А Типичный ЦП может иметь несколько сотен контактов шины или линий

Фигура 7.13 на странице 169 показана спецификация контактов

шины ЦП Pentium III.

о 337 булавки или линии

о 33 контакты для адресации

о 64 контакты для данных

о Различный пины для управления (адрес, данные, шина, процессор, обработка ошибок)

о Различный пины для тестирования процессора

о Различный пины для питания

Шины и порты внешнего интерфейса

Много современная периферия подключается к компьютеру через стандартный порт

А Порт — это разъем на конце шины, в который может быть подключено устройство. подключен

А Контроллер порта используется для обеспечения

о Управлять портовые операции

о Интерфейс между шиной, соединяющей внешнее устройство ввода-вывода, и внутренней шиной (например,грамм. PCI)

2 традиционные порты используются для низкоскоростных устройств ввода-вывода (принтер, мышь, модем, и т. д.)

о Параллель см. Рисунок 9.18, стр. 259 для стандартных характеристик параллельного порта ПК

о Серийный см. Рисунок 9.20, стр. 260 с характеристиками последовательного порта RS-232C

3 традиционные порты используются для высокоскоростных устройств ввода / вывода (диски, видеокамера, видео карта, сканер и т. д.)

о Интерфейс малых компьютерных систем (SCSI)

о Универсальная последовательная шина (USB)

о IEEE 1394 или FireWire

Порт шины SCSI

SCSI параллельная шина, предназначенная для высокоскоростного универсального интерфейса ввода / вывода

Пример устройств, использующих шину SCSI: Диск, сканер и др.

SCSI шина обеспечивает адресацию для каждого устройства

Устройства на SCSI может гирляндное соединение, см. рисунок 8.19 на стр. 232 для иллюстрации

Порт USB

USB предназначен для замены стандартного последовательного порта RS-232C

USB отличается от стандарта RS-232C по ряду существенных отличий:

о Выше скорость, которая делает его подходящим для многих высокоскоростных устройств (например, 12 Мбит на второй)

о Многоточечный шина с иерархической системой связи (т.е. несколько устройств могут быть подключены к один порт USB до 127 устройств)

о концентраторы являются используется для обеспечения нескольких точек подключения, см. Рисунок 9.21 на странице 261

о Устройство можно добавить или удалить без выключения системы

о Данные передается в пакетах с помощью технологии, известной как изохронные данные передать , чтобы одно устройство не могло связать систему

Порт FireWire

FireWire это

о Многоточечный автобусный порт

о Использовал для чрезвычайно быстрой передачи данных со скоростью 400 и 800 Мбит / с второй

о FireWire устройства могут быть подключены гирляндой или соединены вместе через концентратор

о FireWire устройства могут быть добавлены или удалены без необходимости выключения системы

о Данные передается в пакетах с помощью технологии, известной как изохронные данные передать , чтобы одно устройство не могло связать систему

о Сеть компонент может использоваться для расширения зоны действия шины FireWire

Пример конфигурацию FireWire можно увидеть на рисунке 9.22 на стр. 262

Архитектура канала

Использовал последними версиями IBM S / 370 и всех мэйнфреймов S / 390 компьютеры

На основании на отдельном процессоре ввода / вывода, известном как подсистема канала , см. рисунок 9.24 на стр. 263

о Управляет все вводы / выводы независимо от CPU

о Предоставлять соответствующие прерывания и информация о состоянии после завершения ввода / вывода эксплуатации или в случае возникновения проблемы

о Это может выполнять несколько функций ввода / вывода параллельно

о Выполняет собственный набор инструкций, известный как управляющих слова канала

о Сделал из подканалов

Каждый подключен через блок управления к отдельному устройству одним или несколькими каналами дорожки

Информация о характеристиках каждого подканала и соответствующих ему устройств. хранится в памяти

Каждый субканал управляется посредством выполнения программы канала, также хранящейся в памяти

А канал передачи данных программы с использованием DMA между устройством ввода / вывода и памятью

Несколько разные программы каналов доступны для выполнения различных функций ввода / вывода (е.грамм. чтение блока, запись блока и т. д.) для каждого типа устройства в системе

о В блок управления управляет операциями ввода / вывода, специфичными для устройства, аналогично устройству контроллер в шинной архитектуре

о В используется несколько каналов, так что если один занят, используется другой

о Вверх может существовать до 8 каналов для конкретного устройства ввода / вывода

шагов ввода / вывода

1. Программа инициирует операцию ввода-вывода, выдавая команду START SUBCHANNEL каналу подсистема.В команде указано:

• Номер подканала, которые идентифицируют устройство
• Программа канала на быть казненным

2. В подсистема канала пытается идентифицировать доступный путь канала и инициировать передача данных

• Если нет доступный путь канала он удерживает запрос до тех пор, пока он не станет доступным

3. На завершение передачи канальная подсистема прерывает ЦП, чтобы сообщить ему о статус передачи данных

Инструкции ввода / вывода

Ввод / вывод формат инструкции аналогичен обычным инструкциям ЦП

Каждый инструкция имеет код операции и поле адреса

В подсистема канала использует цикл выборки-выполнения для выполнения инструкций ввода-вывода

В Инструкции ввода-вывода разработаны таким образом, что одна операция ввода-вывода может передавать количество блоков

Что такое ошибка «Устройство ввода-вывода» и как ее исправить?

Ошибка «Устройство ввода-вывода» обычно появляется при попытке выключить компьютер и мешает правильной работе системы.Несмотря на то, что при использовании не вызывает много проблем в вашей системе, ошибка ввода-вывода устройства может привести к множеству других проблем в вашей системе, и поэтому очень важно, чтобы вы сначала поняли, в чем проблема и как ее решить на вашем компьютере. ПК.

Что такое ошибка ввода-вывода устройства?

Эта ошибка является довольно распространенной инфекцией, вызванной внешним жестким диском, принтером или другим периферийным устройством. Устройство «I / O» (ввод-вывод) вашего ПК — это то место, где вы можете подключить внешний компонент, и в основном позволит вашей системе считывать любой внешний компонент, который у вас есть.

Когда происходит ошибка ввода-вывода устройства, ваш компьютер не может установить программное обеспечение, необходимое для настройки драйвера устройства и работы с периферийным устройством. Это означает, что ваша система либо не может должным образом взаимодействовать с внешним устройством, к которому она подключена, либо будет иметь какую-то другую проблему с поврежденными драйверами устройства.

Как исправить ошибки ввода-вывода устройств

Шаг 1. Убедитесь, что все ваши устройства работают правильно

Для начала важно, чтобы вы могли убедиться, что все устройства вашего компьютера работают правильно и исправны. удобочитаемый.Для этого вы должны выполнить шаги, описанные здесь:

• Нажмите «Пуск»
• Выберите « Control Panel » в меню
  
• Когда откроется панель управления, выберите « Performance and Maintenance »и выберите« System ».
  
• В открывшемся окне выберите «Оборудование»
• Щелкните « Диспетчер устройств ».
• Найдите устройство, у которого красный «x» или желтый «!» На нем обозначено .
  
• Щелкните вкладку « General », затем выберите « Enable Device » и нажмите « OK »
  
• Если ошибка не исчезла, нажмите « General » затем выберите « Troubleshoot » и нажмите « OK »

. Это в основном позволит вам исправить любую из проблем, которые могут вызывать отображаемые вами ошибки. ИТ также позволит вашему компьютеру в основном показать вам любые потенциальные проблемы с устройствами на вашем ПК.

Шаг 2. Обновите драйверы вашего ПК

Если вы все еще видите ошибки после включения устройств на вашем ПК, рекомендуется затем обновить все драйверы, которые могут вызывать проблемы. Для этого вам нужно снова загрузить «Диспетчер устройств», затем щелкнуть устройство правой кнопкой мыши и выбрать «Обновить драйвер». Это позволит вашему компьютеру обновить драйвер для этого драйвера, что сделает его более надежным и эффективным.

Шаг 3 — Проверьте кабельные соединения с вашим оборудованием

Рекомендуется также проверить все кабельные соединения, которые могут иметь ваше оборудование.Поскольку ошибка «Device I / O» связана с внешними периферийными аппаратными компонентами , это означает, что подобные USB-кабели и другие кабели используются для загрузки важных настроек, которые будет использовать ваш компьютер. Мы обнаружили, что кабели могут отсоединяться или повреждаться, что приводит к большому количеству потенциальных проблем с вашим оборудованием. Чтобы исправить это, рекомендуется быстро осмотреть компьютер и убедиться, что все кабели надежно закреплены.

Шаг 4. Очистите реестр

Рекомендуется очистить все ошибки реестра, которые могут возникнуть на вашем компьютере, чтобы ошибка ввода-вывода устройства больше не появлялась.«Реестр» — это большая база данных, в которой хранится вся информация и настройки, которые Windows будет использовать для запуска, и это место, где ваш компьютер будет хранить все, от ваших последних писем до обоев рабочего стола. Хотя эта часть вашего компьютера очень важна, она постоянно будет вызывать большое количество потенциальных ошибок для вашего ПК из-за того, что его файлы будут повреждены и повреждены. Чтобы исправить это, настоятельно рекомендуется использовать программу очистки реестра, чтобы вылечить любые проблемы и проблемы, которые могут быть на вашем компьютере внутри, что можно сделать с помощью следующей программы:

Стратегии защиты

для прямого доступа к виртуализированному I / O Devices

Стратегии защиты для прямого доступа к виртуализированным устройствам ввода-вывода

Пол Уиллманн, Скотт Рикснер и Алан Л.Кокс

Университет Райса

{willmann, rixner, alc}@rice.edu

Аннотация:

Мониторы товарных виртуальных машин запрещают прямой доступ к устройствам ввода-вывода ненадежными гостевыми операционными системами для обеспечения защиты и обмен. Однако как блоки управления памятью ввода-вывода (IOMMU), так и недавно предложенные программные методы могут быть использованы для уменьшения накладные расходы на виртуализацию ввода-вывода за счет обеспечения ненадежной гостевой работы системы с безопасным прямым доступом к устройствам ввода / вывода.В этой статье исследуются компромиссы с производительностью и безопасностью стратегии использования этих механизмов.

Стратегии защиты, представленные в этом документе, обеспечивают эквивалентную защиту между гостями среди экземпляры операционной системы. Однако они обеспечивают различные уровни защиты внутри гостя. из программного драйвера и нести различные уровни накладных расходов. Простая стратегия прямого отображения требует наименьших накладных расходов, обеспечивая производительность на собственном уровне, но не предлагая улучшенной защиты от некорректно работающие драйверы устройств в гостевой операционной системе.Дополнительная защита от гостевых драйверов может быть достигнута ограничение сопоставлений таблиц страниц IOMMU с буферами памяти, которые на самом деле используется при передаче ввода / вывода. Кроме того, затраты, понесенные этим ограничение можно минимизировать, активно повторно используя эти сопоставления. Удивительно, но программный Стратегия, которая вообще не использует IOMMU, работает на конкурентных, а иногда и лучше, чем на аппаратной основе. стратегии при сохранении строгой изоляции между гостями.

thefnmarkfootnotetext Эта работа частично поддержана National Science Фонд в рамках грантов №№CCF-0546140 и CNS-0720878 и подарками от Advanced Micro Devices и Hewlett-Packard. Пауля Вильманна частично поддержали SFE Technology, Inc.

Во многих организациях экономика поддержки растущего числа Интернет-службы приложений создали спрос на серверные укрепление. Следовательно, наблюдается возрождение интереса в виртуализации машин [1,2,5,8,9,10,14,19,22]. Однако виртуализация может снизить производительность до 5 раз при интенсивном вводе-выводе рабочие нагрузки [16,19].Эти штрафы проистекают из накладные расходы на предоставление общего и защищенного доступа к устройствам ввода-вывода посредством ненадежные гостевые операционные системы. Виртуализация товаров архитектуры обеспечивают защиту программного обеспечения, запрещая прямое доступ к оборудованию ввода-вывода со стороны недоверенных гостей — вместо этого все доступы ввода-вывода, и команды, и данные маршрутизируются через единый программный объект который обеспечивает как защиту, так и совместное использование.

Желательно гостевые операционные системы сможет получить прямой доступ к устройствам ввода / вывода без необходимости данные для прохождения промежуточного уровня программного обеспечения в виртуальном монитор машины [17,23].Однако, если гость может напрямую получить доступ к вводу-выводу устройство, то он потенциально может направить устройство для доступа к памяти что он не имеет права через прямой доступ к памяти (DMA). Следовательно, монитор виртуальной машины должен быть в состоянии гарантировать, что гостевые операционные системы не имеют доступа память друг друга косвенно через общие устройства ввода-вывода в системе. Оба модуля управления памятью ввода / вывода (IOMMU) [7] и недавно предложенный программный методы [23] могут обеспечить защиту памяти DMA для монитор виртуальной машины.Они делают это, запрещая гостевую работу системы от направления устройствам ввода-вывода для доступа к памяти, на которую они не имеют права для доступа, при этом позволяя гостю напрямую получить доступ к устройству.

Эти механизмы защиты DMA также могут использоваться гостем. операционная система для повышения безопасности и изоляции собственных драйверов и процессов. Современная одноразовая стратегия защиты на основе IOMMU используемые многими существующими невиртуализированными операционными системами, обеспечивают именно такой уровень повышенной безопасности.Эта стратегия создает отображение для каждой транзакции ввода-вывода, а затем уничтожает это отображение как только транзакция завершится. В сочетании с Оборудование IOMMU, стратегия защиты операционной системы может осуществлять точный контроль над тем, какие порции памяти может использоваться в транзакции ввода-вывода в любой момент времени.

В этой статье исследуются и экспериментально сравниваются пять различных стратегий для обеспечения изоляции памяти от ненадежных виртуализированных операционных систем. системы, каждая из которых имеет прямой доступ к оборудованию ввода / вывода.Все эти стратегии обеспечивают изоляцию между экземплярами ОС и монитором виртуальной машины, но они различаются по уровню защиты в пределах конкретного гостя они могут поддержка и накладные расходы, которые они несут. Хотя будущие товарные платформы будут включать модули IOMMU для эффективной виртуализации ввода-вывода, не существует всестороннего исследования о том, как наилучшим образом использовать IOMMU, каковы компромиссы среди эффективности и защиты для различных возможных стратегий, и какие сравнительные затраты связаны с различными стратегиями защиты.

Первая стратегия, основанная на IOMMU, основана на современных стратегиях. а также использует одноразовые сопоставления памяти ввода / вывода которые создаются перед каждой операцией ввода-вывода и немедленно уничтожаются после каждой операции ввода-вывода. Вторая стратегия, основанная на IOMMU, представлена ​​в этом документе и использует отображение разделяемой памяти ввода-вывода, могут быть повторно использованы несколькими одновременными операциями ввода-вывода. Третья стратегия, основанная на IOMMU, также представлена ​​в этом документе. и использует постоянные сопоставления памяти ввода-вывода которые можно использовать повторно.Четвертая стратегия на основе IOMMU использует статическую прямую карту гостевой физическая память для изоляции транзакций ввода-вывода гостя. Наконец, стратегия, основанная на программном обеспечении, основана на предыдущей работе [23] и использует DMA, управляемый VMM дескрипторы, которые можно использовать только для одной операции ввода-вывода.

Сравнение этих пяти стратегий позволяет сделать несколько выводов. Во-первых, все пять стратегий обеспечивают одинаковую защиту между гостями. Экземпляры ОС. Однако стратегии поддерживают разные уровни защита внутри конкретного гостя ( внутригостевая защита ).Например, стратегия прямой карты почти не требует накладных расходов на производительность, но не поддерживает внутригость защита. И наоборот, одноразовая стратегия обеспечивает максимально возможную защиту внутри гостя, но это налагает наибольшее снижение производительности. Во-вторых, есть существенный возможность повторно использовать сопоставления IOMMU, что может снизить накладные расходы на защиту. Несколько одновременных операций ввода-вывода могут использовать одни и те же сопоставления достаточно часто, чтобы снижение накладных расходов на обеспечение защиты.Только совместное использование сопоставлений среди одновременных операций ввода-вывода обеспечивает одинаковый уровень защиты внутри гостя как одноразовой стратегии, но с меньшими накладными расходами. Ослабление этой защиты внутри гостя гарантия, позволяя сопоставлениям сохраняться, чтобы их можно было повторно использовать в будущем Операции ввода-вывода могут значительно снизить эти накладные расходы, позволяя гостю достичь уровень производительности очень близок к таковому у стратегии прямого отображения при сохранении некоторая степень защиты внутри гостя. Наконец, программный Стратегия защиты работает на равных с некоторыми из наиболее эффективных, основанных на IOMMU. стратегии, сохраняя при этом надежные гарантии защиты между гостями и обеспечивая защиту внутри гостя возможности.

В следующем разделе рассказывается о том, как устройства ввода-вывода получают доступ к основному память и возможные нарушения защиты памяти, которые могут произойти при этом. В разделах 3 и 4 обсуждаются четыре Стратегии защиты на основе IOMMU и единый программный стратегия защиты. В разделе 5 описаны свойства защиты. предоставляется пятью стратегиями. В разделе 6 обсуждаются аппаратные архитектуры IOMMU. Раздел 7 описывает экспериментальную методологию и Раздел 8 оценивает стратегии защиты.Затем в разделе 9 описываются сопутствующие работы и Раздел 10 завершает статью.

Современные серверные устройства ввода-вывода, включая дисковые и сетевые контроллеры, использовать прямой доступ к памяти (DMA) для перемещения данных между хостами основная память и бортовые буферы устройства. Устройство использует DMA для доступ к памяти независимо от центрального процессора, поэтому такие обращения должны быть под контролем и защитой. Чтобы инициировать операцию DMA, устройство драйвер в операционной системе создает дескрипторов DMA которые относятся к областям памяти.Каждый дескриптор DMA обычно включает адрес, длину и несколько специфичных для устройства флагов. В обычных системах x86 устройства не поддерживают преобразование виртуального устройства в физическое. преобразование адресов, поэтому дескрипторы DMA всегда содержат физические адреса для основной памяти. После создания драйвер устройства передает дескрипторы устройству, который позже будет использовать дескрипторы для передачи данных в или из указывает регионы памяти автономно. Когда запрошенный ввод / вывод операции завершены, устройство выдает прерывание на уведомить драйвер устройства.

Например, для передачи сетевого пакета сетевой интерфейс драйвер устройства может создать два дескриптора DMA. Первый дескриптор может указывать на заголовки пакетов, а второй дескриптор может указать на полезную нагрузку пакета. После создания драйвер устройства будет затем уведомите сетевой интерфейс о появлении новых дескрипторов DMA доступный. Точный механизм этого уведомления зависит от конкретный сетевой интерфейс, но обычно включает запрограммированный ввод / вывод операции с устройством, сообщая ему местонахождение нового дескрипторы.Затем сетевой интерфейс получит дескрипторы из основной памяти с использованием DMA — если они не были записаны в устройство напрямую с помощью запрограммированного ввода / вывода. Сетевой интерфейс будет затем получить две области памяти, составляющие сетевой пакет и передавать их по сети. Наконец, сетевой интерфейс прервет хост, чтобы указать, что пакет был передан. На практике уведомления от драйвера устройства и прерывания от сетевого интерфейса, вероятно, будут агрегированы для покрыть несколько пакетов для эффективности.

Три потенциальных нарушения доступа к памяти могут произойти на каждом Передача ввода-вывода инициирована с использованием этой архитектуры DMA:

1. Драйвер устройства может создать дескриптор DMA с неправильный адрес (ошибка « неверный адрес »).
2. Операционная система может перепрофилировать память, на которую ссылается дескриптор DMA, или драйвер устройства может позже повторно использовать действительный DMA дескриптор без разрешения (ошибка недопустимого использования).
3. Само устройство может инициировать передачу DMA в память. адрес, на который не ссылается дескриптор DMA (ошибка « плохое устройство »).

Эти нарушения могли произойти либо из-за сбоев, либо из-за злого умысла. Однако, поскольку устройства обычно не программируется пользователем, последний тип нарушения может произойти только в результате выхода из строя устройства.

В невиртуализированной среде, работающей на стандартном оборудовании x86, операционная система несет полную ответственность для предотвращения нарушений « неправильный адрес » и « недействительное использование ». Этот требует, чтобы операционная система доверяла драйверу устройства при создании правильные дескрипторы DMA, используя только адреса физической памяти буферов которые были закреплены ОС.Однако на практике доверие к водителю может иметь катастрофические последствия. условия стабильности системы. Например, почти 85% всех системных сбоев операционной системы Windows XP вызваны драйверами [20]. Как будет обсуждаться, операционные системы, работающие на платформах с этой функцией. Модули IOMMU могут использовать эти аппаратные возможности для изоляции устройства. драйверы и явно разрешают транзакции ввода-вывода, запрошенные драйвером, таким образом снижение требований к доверию к драйверу. Несмотря на это, операционная система не может предотвратить эти Нарушения доступа к памяти потенциально могут привести к сбою системы.

В виртуализированная среда, однако монитор виртуальной машины не может доверять гостевым операционным системам, чтобы предотвратить доступ к памяти. нарушения, как нарушение доступа к памяти, понесенное одним гостем, работающим система может потенциально нанести вред другим гостевым операционным системам или даже обрушить всю систему. Следовательно, монитор виртуальной машины требует механизмов для предотвращения одной гостевой операционной системы от намеренно или случайно направить устройство ввода / вывода для доступа к память другой гостевой операционной системы.Единственный способ это было бы возможно через нарушение « неверный адрес » или « недопустимое использование ». В зависимости от надежности устройств ввода-вывода они могут также желательно попытаться предотвратить нарушения « плохого устройства » также (хотя часто невозможно защитить против некорректного устройства, как будет обсуждаться в Раздел 5). В следующих разделах описываются механизмы и стратегии предотвращения этих нарушений доступа к памяти.

VMM может использовать IOMMU для обеспечения защиты памяти DMA, когда разрешение прямого доступа к устройствам ввода / вывода.В то время как виртуальная память блок управления обеспечивает контроль доступа и предоставляет адрес услуги перевода для процессора при доступе к памяти, IOMMU обеспечивает контроль доступа и предоставляет услуги перевода адресов для устройство ввода-вывода, когда оно обращается к памяти.

В общем, структуры, определенные IOMMU для выражения доступа управление и преобразование адресов довольно похожи на те, которые определены блоки управления виртуальной памятью. Обычно VMM или ОС поддерживает одна или несколько структур таблиц страниц для использования IOMMU.Есть, Однако есть некоторые отличия. VMM или ОС должны также поддерживать другую структуру для IOMMU, которая отображает каждый ввод / вывод устройство к одной из таблиц страниц. Хотя каждое устройство должно иметь запись в этом сопоставлении, не каждое устройство должно иметь свою собственную таблицу страниц. Если два или более устройств имеют право доступа к одной и той же памяти, тогда они могут совместно использовать одну таблицу страниц. При каждом доступе к памяти посредством ввода-вывода устройство, IOMMU обращается к назначенной таблице страниц устройства ввода-вывода, чтобы определить, следует ли разрешить или заблокировать доступ.

Независимо от организации таблиц страниц, все системы на основе IOMMU требовать, чтобы действительное отображение IOMMU существовало для каждого буфера памяти хоста для использования в предстоящем дескрипторе DMA. В противном случае DMA дескриптор будет ссылаться на область, не отображаемую IOMMU, а ввод / вывод транзакция не удастся. В следующих подразделах представлены четыре стратегии использования IOMMU для обеспечения защиты памяти DMA в VMM. Стратегии в первую очередь различаются степенью, в которой IOMMU сопоставления разрешено использовать повторно.Базовое оборудование IOMMU архитектуры, которые могут быть использованы для реализации этих стратегий: обсуждается более подробно в Разделе 6

3.1 Одноразовые сопоставления

Распространенной стратегией управления IOMMU является создание одноразового отображение для каждой транзакции ввода-вывода. Отображение DMA в Linux Например, интерфейс реализует одноразовую стратегию сопоставления. Бен-Иегуда, и др. также исследовал стратегию одноразового картирования в контексте мониторов виртуальных машин [7].В такой одноразовой стратегии водитель должен убедиться, что новое отображение IOMMU создается для каждого дескриптора DMA. Даже когда отдельные дескрипторы DMA относятся к одной и той же физической странице, одноразовая стратегия всегда создает отдельные сопоставления IOMMU для каждого дескриптор. Каждое отображение IOMMU уничтожается после того, как соответствующий ввод / вывод транзакция завершена. В виртуализированной системе надежный монитор виртуальных машин отвечает за создание и уничтожение сопоставлений IOMMU в драйвере запрос. Если VMM не создает сопоставление, либо потому, что драйвер не запрашивал его или потому, что запрос относился к памяти не принадлежит гостю, то устройство не сможет выполнить соответствующая операция прямого доступа к памяти.

Для выполнения транзакции ввода-вывода с помощью одноразовая стратегия картографии, монитор виртуальных машин (VMM), недоверенная гостевая работа Система (GOS) и устройство (DEV) выполняют следующие действия:

1. GOS: гостевая ОС запрашивает отображение IOMMU для памяти буфер, участвующий в транзакции ввода-вывода.
2. VMM: VMM проверяет, что запрашивающая гостевая ОС соответствующее разрешение на чтение или запись для каждой страницы памяти в отображаемый буфер.
3. VMM: VMM помечает буфер памяти как « используемый ввод-вывод », что предотвращает перераспределение буфера в другую гостевую ОС во время транзакции ввода-вывода.
4. VMM: VMM создает одно или несколько сопоставлений IOMMU для буфера. Как и в случае с модулями управления виртуальной памятью, обычно используется одно отображение. требуется для каждой страницы памяти в буфере.
5. GOS: гостевая ОС создает дескриптор DMA с Отображенный IOMMU адрес, возвращенный VMM.
6. DEV: устройство выполняет свою транзакцию ввода-вывода в соответствии с указаниями. дескриптором DMA и уведомляет драйвер о завершении.
7. GOS: драйвер запрашивает уничтожение соответствующего IOMMU. отображение (я).
8. VMM: VMM проверяет принадлежность сопоставлений гостевой ОС, сделавшей запрос.
9. VMM: VMM уничтожает сопоставления IOMMU.
10. VMM: VMM очищает маркер использования ввода-вывода, связанный с каждая страница памяти, на которую ссылается недавно уничтоженное отображение (я).

3.2 Общие сопоставления

Вместо того, чтобы создавать новое отображение IOMMU для каждого нового дескриптора DMA, можно разделить отображение между дескрипторами DMA, пока отображение указывает на та же основная страница памяти и остается действительной.В отличие от одноразового стратегия, стратегия общего отображения обнаруживает, когда допустимый IOMMU отображение на страницу памяти уже существует и повторно использует это отображение, а не создание нового. Совместное использование сопоставлений IOMMU выгодно, поскольку позволяет избежать накладных расходов. создания и уничтожения нового отображения для каждого запроса ввода-вывода. Практически это совместное использование может произойти, когда приложение повторяет одно и то же сообщение ввода-вывода или когда приложение отправляет или получает небольшие сообщения ввода-вывода, которые находятся на той же странице памяти.

Для реализации совместного использования гостевая операционная система должна отслеживать какие сопоставления IOMMU в настоящее время действительны, и он должен отслеживать, как многие ожидающие запросы ввода-вывода в настоящее время используют отображение. Защищать память гостя от ошибочного доступа к устройству, отображение IOMMU должно быть уничтожены после того, как все невыполненные запросы ввода-вывода, использующие отображение были завершены. Хотя недоверенная гостевая операционная система обязанности по реализации стратегии совместного картирования, необходимо не работают правильно, чтобы гарантировать изоляцию между операционными системами, поскольку обсуждается далее в разделе 5.

Для реализации стратегии совместного использования гостевая ОС и VMM выполняют многие из тех же шагов, которые требуются одноразовой стратегия. Стратегия совместного использования различается при запуске и завершении. транзакции ввода-вывода. До того, как шаг 1 произошел бы в одноразовой стратегии, гостевая операционная система сначала запрашивает таблицу известных действительных сопоставлений IOMMU, чтобы увидеть, отображение для буфера памяти ввода-вывода уже существует. Если да, то водитель использует ранее установленный адрес с отображением IOMMU для дескриптора DMA, а затем передает дескриптор устройству, фактически пропуская шаги 1–4.Если нет, гость и VMM выполните шаги 1–4, чтобы создать новый отображение. Независимо от того, создано ли новое сопоставление, до шага 5 гостевая операционная система увеличивает свой счетчик ссылок для отображение. Эта ссылка count отделен от счетчика ссылок, поддерживаемого VMM.

Шаги 5 и 6 затем продолжаются, как в одноразовая стратегия. После выполнения этих действий драйвер вызывает гостевую операционную систему, чтобы уменьшить счетчик ссылок. Если счетчик ссылок равен нулю, другие транзакции ввода-вывода не выполняются которые используют это сопоставление, поэтому гость вызывает VMM для уничтожить отображение, как в шагах 7-10 из стратегия одноразового использования.В противном случае отображение IOMMU все еще используется другой транзакцией ввода-вывода в гостевой ОС, поэтому шаги 7-10 пропускаются.

3.3 Постоянные сопоставления

Сопоставления IOMMU можно использовать повторно, позволяя им сохраняться даже после завершения всех транзакций ввода-вывода, использующих отображение. В сравнении к общей стратегии отображения, такая постоянная стратегия отображения пытается еще больше снизить накладные расходы, связанные с созданием и уничтожение отображений IOMMU внутри VMM.В то время как совместное использование эксплойтов повторное использование между сопоставлениями только тогда, когда отображение активно используется в хотя бы одна транзакция ввода-вывода, постоянство использует временное повторное использование периоды бездействия.

Инфраструктура и механизмы для реализации постоянного стратегии сопоставления аналогичны тем, которые требуются для общего сопоставления стратегия. Основное отличие состоит в том, что гостевая операционная система не требует, чтобы сопоставления были уничтожены после транзакций ввода-вывода использование их полно. Следовательно, в отличие от общих стратегия отображения, когда счетчик ссылок гостя уменьшается после шага 6 транзакция ввода-вывода завершена и шаги 7-10 всегда пропускаются.Этот должен резко сократить количество потенциально дорогостоящих вызовов VMM.

В конце концов, возможно, что вся память гостя станет сопоставлен с использованием этой стратегии. По сравнению с общей стратегией картографии, это увеличивает уязвимость гостя для защиты внутри гостя нарушения, о которых пойдет речь в Раздел 5.2. Чтобы ограничить это воздействие, гостевая операционная система может реализовать политику восстановления, которая в конечном итоге удаляет сопоставления, которые в настоящее время не используются вводом-выводом операция.Например, простая политика утилизации, которая используется в экспериментах данной статьи ограничивается общее количество отображений. Как только эта сумма будет достигнута, отображение, которое в настоящее время не используется должен быть уничтожен, прежде чем можно будет создать новое отображение.

3.4 Прямые сопоставления Чтобы обеспечить максимальное повторное использование сопоставлений IOMMU и еще больше сократить время выполнения накладные расходы, можно постоянно отображать все физические адресное пространство гостевой операционной системы. Такую стратегию иногда называют прямой картой , потому что это расположение создает взаимно-однозначное сопоставление между записями IOMMU и физические страницы для каждой физической страницы, принадлежащей гостевой операционной системе.

Стратегии защиты на основе IOMMU обеспечивают безопасность, даже если ненадежное программное обеспечение непроверенные дескрипторы DMA напрямую на оборудование, потому что DMA операции, генерируемые любым устройством, всегда подлежат более позднему Проверка. Однако IOMMU не требуется для обеспечения полной изоляции. среди недоверенных гостевых операционных систем, даже если они используют DMA-совместимые оборудование, которое напрямую считывает и записывает память хоста. Скорее, чем полагаясь на оборудование для выполнения поздней проверки во время транзакций ввода-вывода, легкая программная система выполняет раннюю проверку дескрипторов DMA до того, как они будут использованы оборудованием.Программный стратегия также должна защищать проверенные дескрипторы от последующих несанкционированная модификация ненадежным программным обеспечением, таким образом гарантируя, что все транзакции ввода-вывода работают только с буферами, одобренными VMM. Эта программная стратегия была представлена ​​ранее как средство для обеспечения защиты памяти DMA от недоверенной гостевой работы системы, которые имеют одновременный прямой доступ к прототипу сетевого интерфейса [23].

Операция выполнения стратегии защиты на основе программного обеспечения работает много как одноразовая стратегия на основе IOMMU, поскольку обе проверяют разрешения для каждой транзакции ввода-вывода.В то время как стратегия одноразового использования на основе IOMMU использует VMM для создания сопоставлений IOMMU для каждой транзакции на основе программного обеспечения Защита ввода-вывода создает фактический дескриптор DMA. Дескриптор действителен только для одной транзакции ввода-вывода. В отличие от системы на основе IOMMU, драйвер ненадежной гостевой ОС должен сначала зарегистрироваться в VMM во время инициализации. В это время VMM становится владельцем регион дескриптора DMA драйвера и регион состояния, отмена разрешений на запись от гостя.Это мешает гостю самостоятельно создание или изменение дескрипторов DMA или изменение регион статуса. Наконец, VMM должен запретить гостю изменять дескриптор и регионы состояния. Это можно сделать только отображая регистры конфигурации устройства в VMM адресное пространство, а не в адресные пространства гостей.

После инициализации работа программной стратегии аналогична одноразовой Стратегия на основе IOMMU, изложенная в Разделе 3.1. Шаги 1–3 программной стратегии почти идентичны, с исключение, что гостевая ОС запрашивает дескриптор DMA, а не отображение IOMMU, в Шаге 1. В шаг 4, VMM создает дескриптор DMA в защищенной от записи области дескриптора DMA, чтобы избежать роль ОС на шаге 5. Устройство выполняет запрошенную операцию. используя проверенный дескриптор, как на шаге 6, и поскольку дескриптор защищен от записи, недоверенный гость не может изменить дескриптор и, следовательно, не может вызвать транзакцию, которая не были явно авторизованы VMM.Когда устройство сигнализирует о завершении транзакции, VMM проверяет состояние устройства (который обычно записывается через DMA обратно на хост), чтобы увидеть, какие дескрипторы DMA были использовал. Затем VMM обрабатывает эти завершенные дескрипторы, как на шаге 10, разрешение перераспределения связанных буферов гостевой памяти.

Таблица 1: Типы защиты, поддерживаемые различными стратегиями защиты DMA.

Между гостями Внутри-гость Плохо Неверно Плохо Плохо Неверно Плохо Адрес Использование Устройство Адрес Применение Устройство Директ-карта х х х Одноразовый х х х х х Поделились х х х х х Постоянный х х х х Программное обеспечение х х х х

В отличие от стратегий на основе IOMMU, стратегия на основе программного обеспечения требует, чтобы VMM действительно вставлял Дескрипторы DMA к устройству ввода-вывода.Для этого необходимо, чтобы VMM знал метод вставки (, т.е. , запрограммированный ввод-вывод или DMA) и структуру дескриптора DMA для конкретного устройства. Кроме того, VMM должен иметь возможность определять состояние дескриптора устройства. Состояние дескриптора указывает, или нет, устройство может принимать больше дескрипторов и указывает, когда ранее опубликованные дескрипторы были обработанный. Хотя эти специфические для устройства требования по своей сути требуют некоторых специфичных для устройства методов в VMM, общий метод защиты программного обеспечения, описанный здесь, применяется к устройствам с поддержкой DMA в целом.Как более подробно описано в [23], реализация для программных Описанная здесь защита DMA применяется к устройствам, которые организуют свои дескрипторы DMA в непрерывные кольца, в состав которых входит множество высокопроизводительных устройств.

Стратегии защиты, представленные в разделах 3 и 4 могут использоваться для предотвращения доступа к памяти нарушения, представленные в Разделе 2. Эти нарушения может произойти путем создания дескриптора DMA с помощью неправильный адрес из-за перепрофилирования и повторного использования дескриптора DMA после его первоначального использования, или из-за неисправности, вызванной неисправным устройством ввода-вывода.Эти нарушения могут происходить как у нескольких гостей. (между гостями) и внутри одного гостя (внутри гостя). Виртуальный монитор машины должен, как минимум, обеспечивать защиту между гостями, чтобы работают надежно. Гостевая операционная система может получить дополнительные преимущества можно ли использовать системное оборудование или монитор виртуальной машины для помочь обеспечить гостя защита. В этом разделе описаны защитные свойства пять ранее представленных стратегий защиты. Таблица 1 суммирует эти ошибки и показывает, какая стратегия предотвращает какие ошибки в обоих между гостями и внутри гостя.

Как это ни удивительно, все пять стратегий обеспечивают эквивалентную защита между гостями от ошибок « неверный адрес » и « недопустимое использование ». Во всех стратегиях на основе IOMMU, если устройство драйвер создает дескриптор DMA, который относится к памяти, которая не принадлежит этой гостевой операционной системе, устройство не сможет выполнить этот DMA, поскольку отображение IOMMU не будет существовать. Единственный требование для поддержания этой защиты состоит в том, что VMM никогда не должен создать отображение IOMMU для гостя, которое не относится к этому память гостя.Точно так же только VMM может перепрофилировать память для другой гость, если он этого не сделает, пока есть существующее сопоставление IOMMU с этой памятью, « недопустимое использование » между гостями неисправности никогда не могут возникнуть. Программный подход обеспечивает точно такие же гарантии, позволяя только VMM создавать DMA дескрипторы. Следовательно, эти стратегии позволяют VMM предоставлять защита.

Неисправности « плохого устройства » предотвратить труднее. Если устройство разделяется между несколькими гостевыми операционными системами, тогда никакая стратегия не может предотвратить этот тип неисправности.Например, если сеть интерфейсу разрешено принимать пакеты для двух гостевых операционных систем, VMM не может предотвратить отправка трафика, предназначенного для одного гостя, другому. Это один простой пример множества проблем, которые может использовать совместно используемое устройство. причина.

Однако, если устройство назначено одному гостю в частном порядке, системы, стратегии на основе IOMMU могут использоваться для обеспечения защиты от неправильного поведения устройства. В этом случае VMM просто должен гарантировать, что есть только IOMMU сопоставления с гостем, которому назначено устройство.Таким образом, все четыре стратегии на основе IOMMU могут защитить от такая ошибка. Однако программная стратегия не может обеспечить такой уровень защиты. Хотя дескрипторы DMA проверены VMM, чтобы гарантировать, что они указывают только на память, для которой гость имеет соответствующие разрешения, нет механизма, поддерживающего только программное обеспечение запретить устройству просто игнорировать дескриптор DMA и доступ к любой физической памяти.

5.2 Защита внутри гостя

Как показано в Таблице 1, пять защитных стратегии, обсуждаемые в этой статье, значительно различаются в зависимости от того, как они могут использоваться гостевой ОС для предотвращения внутригостовые неисправности типов, перечисленных в разделе 2.Чтобы драйвер не создавал дескриптор DMA с неправильный адрес или использование памяти, которая была перепрофилирована гостевой ОС (т.е. ошибки первых двух типов) ОС должна реализовывать собственные стратегия изоляции для проверки и проверки каждой транзакции ввода-вывода. Обычно операционные системы, предназначенные для массовых платформ просто верь, что водитель запросит действительный текущий адрес для транзакции ввода-вывода.

Чтобы позволить ОС защитить себя от драйверов, которые могут создавать дескрипторы DMA при использовании неверных адресов внутри гостя ОС должна иметь возможность действовать в качестве привратника для Переводы ввода / вывода и, следовательно, адреса DMA.В отличие от других четырех стратегий, стратегия прямого отображения гарантирует, что вся гостевая память отображается в IOMMU в в любой момент времени, и, таким образом, водителю не нужно запрашивать конкретное разрешение для памяти ввода-вывода из ОС. В этом случае с прямым отображением возможно драйвер для создания действительного дескриптора DMA для произвольной области память гостя. Этот Транзакция ввода-вывода будет успешной с благословения IOMMU, если память местоположение находится где-то в памяти гостя, хотя ОС, возможно, никогда не разрешенное использование этого места для ввода / вывода.Во всех остальных стратегиях хотя бы один конкретный запрос памяти со стороны драйвера требуется до того, как ОС одобрит построение необходимого отображения IOMMU, а значит, и всех остальных стратегий может защитить от ошибок, связанных с неправильным адресом внутри гостя.

Однако после первого запроса на создание отображения IOMMU ни один из стратегии на основе IOMMU могут предотвратить недопустимое повторное использование драйвером того же отображение для последующей транзакции ввода-вывода. В этих стратегиях водитель несет ответственность для информирования ОС, когда это делается с отображением IOMMU.Даже если ОС была изменена для автоматического отзыва сопоставления IOMMU при обнаружении завершения соответствующего Событие ввода-вывода (например, завершение операции sendfile () или free () из skbuff), драйвер мог по-прежнему недействительно повторно использовать сопоставление после завершения исходного события ввода-вывода, но прежде, чем ОС сможет вмешаться, чтобы завершить отображение IOMMU. Однако в стратегии программного обеспечения VMM автоматически определяет, когда устройство завершило определенный ввод / вывод транзакции и гарантирует, что отдельные дескрипторы DMA никогда не могут быть повторно использованы.Таким образом, программная стратегия защиты прямого доступа к памяти может использоваться оператором. система для обнаружения и последующего предотвращения неисправностей, связанных с недопустимым использованием.

Чтобы предотвратить повреждение памяти отдельного гостя из-за сбоев « плохого устройства », необходимо что устройство может получить доступ к памяти этого гостя только в то время, когда действующая транзакция ввода-вывода находится в движении и была авторизовано ОС. Стратегия прямого отображения неспособна предотвратить эти ошибки, потому что он постоянно отображает всю гостевую память для ввода-вывода и, таким образом, может использоваться для ввода-вывода в любой момент. время.Постоянная стратегия позволяет сопоставлениям IOMMU существовать в допустимом состоянии даже после ввода-вывода. транзакции завершены, и, таким образом, в этот период времени неисправность устройства может получить доступ к одному из этих сопоставленных местоположений и повредить память. Как и в случае с гостями, программный механизм не имеет аппаратного механизма принудительного исполнения, который мог бы помешать устройству от инициирования недействительной передачи. И наоборот, как одноразовые и стратегии общего отображения специально разработаны, чтобы разрешить существование только действительных отображений IOMMU во время активных транзакций ввода-вывода, и, следовательно, они оба защищают от сбоев устройства.

Как обсуждалось в разделе 3, IOMMU выполняет память трансляция и защита устройств ввода / вывода. Для каждой прямой памяти доступ (DMA), выполняемый устройством ввода-вывода, IOMMU проверяет, что устройству разрешен доступ к этой памяти и переводит память обращайтесь соответственно. Если устройству не разрешен доступ к этому памяти или нет действительного перевода, то IOMMU завершает Транзакция DMA.

Таблица перемещения графических адресов (GART) предоставляет аналогичные функциональность трансляции памяти для устройств ввода / вывода.GART переводит адреса памяти в непрерывный диапазон в физическом адресном пространстве, называемый апертурой GART . В отличие от IOMMU, только адреса, попадающие в эту апертуру, являются переведено GART. Эта функция перевода обычно используется графикой программные библиотеки для упрощения доступа к памяти, выполняемого графическая карта. Операционные системы также используют оборудование GART для обеспечения перевод адресов только для устройств, поддерживающих 32-битная адресация на 64-битных платформах.Хотя GART транслирует адреса памяти аналогично IOMMU, GART не защищает память с устройства. Устройства все еще могут обращаться ко всей физической памяти напрямую, используя адреса вне GART апертура.

Таблица 2 показывает производительность различия между AMD Opteron со встроенным GART и двумя современные платформы IOMMU, платформа IBM Calgary и Intel VT-d архитектура. В таблице указана средняя стоимость в циклах процессора, для обновления записи таблицы страниц ввода / вывода (PT), чтобы очистить ввод / вывод платформы резервный буфер трансляции (IOTLB), который кэширует переводы, и оба обновляют запись в таблице страниц ввода-вывода, а затем немедленно сбрасывают IOTLB.Платформы Calgary, VT-d и GART оснащены процессорами работают на частотах 2,5, 2,66 и 2,4 ГГц соответственно. Производительность различия между платформами возникают непосредственно на разных страницах организация таблиц и накладные расходы IOTLB.

Таблица 2: Микробенчмарки, исследующие связанные с этим затраты с современным оборудованием для перевода, в тактах процессора.

Платформа ПТ ввода / вывода ИОТЛБ Обновление Обновление Промывка и промывка IBM Калгари IOMMU 673 10207 10887 Intel VT-d IOMMU 991 1217 2213 AMD GART 27 486 579

Как видно из таблицы, у платформы Калгари самые высокие накладные расходы на установить или изменить перевод для отдельной страницы памяти.Это в первую очередь из-за необычно высокой стоимости промывки системы IOTLB, который подробно обсуждается Ben-Yehuda et al. al. [6]. Архитектура Intel VT-d больше эффективен, но его многоуровневая таблица страниц и его IOTLB еще более дороже в обновлении, чем организация плоских таблиц страниц в GART и его более простой интерфейс IOTLB.

GART Opteron использовался для оценки стратегий защиты. представлены в этой статье по двум причинам. Во-первых, в то время это началось исследование, не было доступных модулей IOMMU для архитектуры x86. системы — AMD Opteron с GART был единственным подходящим устройством.Во-вторых, как показано в таблице 2, доступные в настоящее время IOMMU для Системы на базе x86, Calgary и VT-d, имеют более высокие накладные расходы, чем GART. Единственное значение этого выбора состоит в том, что стратегии, которые выполнять более частые сопоставления, одноразовые и общие, работать лучше чем они были бы с более высокими накладными расходами IOMMU. Фактически, Бен-Иегуда, и др. обнаружил, что стратегия одноразового использования имеет более высокие накладные расходы чем найдено в этой статье [7].

Стратегии защиты, описанные в разделах 3 и 4, оценивались на система с процессором AMD Opteron 250.GART Opteron используется для моделирования поведения и функциональность оборудования IOMMU, как описано в предыдущем разделе. Стратегии защиты на основе IOMMU и программного обеспечения реализованы в виртуальной машине Xen 3 с открытым исходным кодом монитор [5]. Xen отличается от многих систем виртуализации тем, что предоставляет доступ к хосту. физические адреса гостевой ОС. В частности, гостевая ОС и не VMM, отвечает за перевод между псевдофизическими адреса, которые используются на большинстве уровней гостевой ОС и хоста физические адреса, которые используются на уровне устройства.Это не так, однако кардинально изменить реализацию различных стратегии защиты.

Мы оцениваем эти стратегии на различных ресурсоемких рабочих нагрузках, включая TCP. stream микробенчмарк, тест сервера голосовой связи по IP (VoIP) и тест веб-сервера статического контента. В stream microbenchmark либо передает, либо принимает объемные данные через TCP-соединение с удаленным хостом. VoIP Тест использует сервер OpenSER. В этом тесте OpenSER действует как прокси-сервер SIP и 50 клиентов одновременно инициируют вызовы как как можно быстрее.Тест веб-сервера использует lighttpd web сервер для размещения статического HTTP-контента. В этом тесте 32 клиента одновременно воспроизводить запросы от различных веб-трассировок так быстро, как возможный. В этом исследовании используются три веб-трассировки: « CS », « IBM », и « туалет ». Трассировка CS взята с веб-сайта факультета компьютерных наук Университета Райса. server и имеет рабочий набор данных 1,2 ГБ. Трассировка IBM взята из веб-сервер IBM и имеет рабочий набор данных 1,1 ГБ. Туалет трассировка взята с веб-сервера чемпионата мира по футболу 1998 года и имеет рабочий набор из 100 МБ данных.Для всех тестов клиентский компьютер напрямую подключен к серверу без использования коммутатора, а клиент контролируется, чтобы гарантировать, что это никогда не насыщенный. Следовательно, гарантировано, что серверная машина всегда является узким местом. Каждый тест (поток TCP, VoIP и каждый веб-тест) тестируется с использованием указанной стратегии как минимум по 5 раз каждый. Сообщенная производительность является средней производительностью, потому что нет значительных различий между прогонами.

Тестируемый сервер имеет две сетевые карты Gigabit Ethernet и особенности DDR 400 DRAM.Сетевые интерфейсы представляют собой общедоступные прототипы, программируемые пользователем, поддерживающие общий прямой доступ виртуальные машины и поддерживают линейную скорость Gigabit Ethernet [18]. Для каждой конфигурации, кроме стратегии прямого отображения, один непривилегированный гостевая операционная система имеет 1,4 ГБ памяти, а стратегии на основе IOMMU используют 512 МБ физического GART. адресное пространство для переназначения (что соответствует 131 072 уникальным отображениям). Для стратегии Direct-map мы используем гостевую операционную систему с 512 МБ памяти.Мы упрощаем реализация стратегии Direct-map с минимально возможными накладными расходами путем предварительного сопоставления всей гостевой физическая память постоянно во время загрузки. Следовательно, эта модель представляет минимально возможные накладные расходы ввода-вывода на этой платформе, поскольку сопоставления не создаются, уничтожены или изменены в ходе экспериментов. Однако его ограниченный объем памяти не позволяет провести справедливую оценку. веб-рабочих нагрузок, рабочий набор которых превышает 512 МБ, включая трассировки IBM и CS, и, следовательно, эти тесты не оцениваются с использованием стратегии Direct-map.

В каждом тесте прямой доступ гостя к оборудованию предоставляется только для сетевые карты. Поскольку выделенная гостевая память достаточно велика, чтобы вместить каждый тест и его соответствующий набор данных, другие входы / выходы несущественны. Для веб-рабочих нагрузок гостевой буферный кеш прогревается перед испытаниями.

Приложения сетевого сервера могут нагружать сетевой ввод-вывод в различных способами, в зависимости от характеристик приложения и его нагрузка.Приложения могут генерировать большие или маленькие сетевые пакеты, и может или не может использовать ввод-вывод с нулевым копированием. Для запущенного приложения в виртуальной гостевой операционной системе эти характеристики сети взаимодействовать со стратегией защиты ввода-вывода, реализованной VMM. Следовательно, эффективность стратегии защиты ввода / вывода может повлиять на производительность приложения по-разному. Кроме того, приложение поведение для данной рабочей нагрузки может напрямую влиять на количество повторного использования сопоставления это можно использовать с помощью данной стратегии.Мы сначала предоставить обзор производительности и эффективности при нескольких различных сетевых рабочих нагрузок, а затем мы обсудим источники повторного использования карт для различные нагрузки.

Таблица 3: Профиль потока TCP.

Защита ЦП% Повторное использование (%) HC / Стратегия Итого Prot. TX прием DMA Передача потока Нет 41 0 НЕТ НЕТ 0 Директ-карта 41 0 НЕТ НЕТ 0 Одноразовый 64 23 НЕТ НЕТ .88 Поделились 58 17 39 0 ,55 Постоянный 43 2 100 100 0 Программное обеспечение 56 15 НЕТ НЕТ 0,90 Получение потока Нет 53 0 НЕТ НЕТ 0 Директ-карта 54 0 НЕТ НЕТ 0 Одноразовый 79 26 НЕТ НЕТ .37 Поделились 73 20 39 0 ,10 Постоянный 59 5 100 100 0 Программное обеспечение 64 11 НЕТ НЕТ ,39

Для всех приложений, мы оцениваем пять стратегий защиты, представленных ранее, и сравните каждый с производительностью системы, в которой вообще отсутствует какая-либо защита ввода-вывода (« Нет »).« Одноразовый », « Общий », « Постоянный » и « Прямая карта » — все используют IOMMU для обеспечения защиты с помощью одноразового использования, общего сопоставления, постоянного сопоставления или прямое отображение стратегии, соответственно, как описано в разделе 3. « Программное обеспечение » использует программную защиту ввода-вывода, как описано в Разделе 4.

8.1 TCP поток

Микробенчмарк TCP stream либо передает, либо получает пакет TCP данных и, таким образом, изолирует производительность сетевого ввода-вывода. Этот тест не использовать ввод-вывод с нулевым копированием.В таблице 3 показана эффективность ЦП и накладные расходы, связанные с каждым механизмом защиты при потоковой передаче данных через два сетевые интерфейсы. В таблице показан общий процент использования ЦП при выполнение теста и процент CPU, потраченный на реализацию данного стратегия защиты. В таблице также показан процент раз, когда буфер для использования в транзакции ввода-вывода (при передаче или приёме) уже есть действительное отображение IOMMU, которое можно использовать повторно. Наконец, таблица показывает количество вызовов VMM или гипервызовов (HC), требуется для дескриптора DMA, используемого драйвером сетевого интерфейса.

При передаче или получение, все стратегии достигают одинаковой пропускной способности TCP (1865 Мбит / с передача, прием 1850 Мбит / с), но они различаются в зависимости от того, насколько дорого они связаны с потреблением ЦП. Стратегия одноразовой защиты является наиболее дорогостоящий, с его многократным построением и разрушением отображений IOMMU потребляя 23% общих ресурсов ЦП на передачу и 26% на прием. Общая стратегия восстанавливает часть этих накладных расходов за счет совместного использования используемых сопоставлений, хотя это повторное использование существует только для переданных пакетов (данные в потоке передачи случае, пакеты TCP ACK в случае приема).Отсутствие повторного использования полученных пакетов вызвано паравиртуализацией (PV) Linux. распределитель буфера, который выделяет целую страницу размером 4 КБ для каждого приема буфер, независимо от фактического размера буфера. Это перераспределение является артефактом архитектуры ввода-вывода PV-Linux, которая была разработана для переназначения полученных пакетов для передачи их между гостевыми операционными системами.

Тем не менее, постоянная стратегия обеспечивает 100% повторное использование сопоставлений, как небольшое количество постоянных отображений, покрывающих сетевые буферы по сути становятся постоянными.Это еще больше снижает накладные расходы относительно одноразового и совместного использования. Примечательно, что количество количество гипервызовов на операцию прямого доступа к памяти округляется до нуля. Однако подробная статистика профиля кэша L2 (не показанная в таблице) показывает, что управление постоянные сопоставления — поиск и восстановление сопоставлений, как описано в Раздел 3.3 — вызывает дополнительные накладные расходы в системе памяти процессора. Это потребляет 2% ресурсов процессора для передачи на основе рабочая нагрузка и 5% для рабочей нагрузки на основе приема. Стратегия прямой карты не требует любое управление защитой во время выполнения и имеет те же измерения Использование ЦП как случай « Нет » для случая передачи.Тем не мение, стратегия прямой карты требует небольших накладных расходов в случае получения. Это представляет собой измеренные накладные расходы. в системе простого использования GART для транзакций ввода-вывода, а не с использованием непереведенных адресов. Однако за счет широкого повторного использования существующих Отображения IOMMU, стратегия постоянного отображения обеспечивает почти то же самое эффективность как в случае прямого отображения.

Удивительно, но накладные расходы, понесенные программной техникой, заметно меньше чем Стратегии совместного использования и одноразового использования на основе IOMMU.Программная технология, безусловно, требует гораздо большего количества гипервызовов. на DMA, чем стратегии на основе IOMMU. Стоимость тех Вызовы VMM и связанные операции проверки страницы аналогична стоимости проверки запросов на сопоставление для общих- и одноразовые стратегии. Однако программная стратегия не требует дополнительных накладных расходов на очистку IOTLB IOMMU через запрограммированная запись ввода / вывода, как и в других стратегиях, когда группа изменений в таблице страниц ввода-вывода должна быть зафиксирована.

8.2 Сервер VoIP

Таблица 4: Профиль OpenSER.

Защита Звонки / ЦП% Повторное использование (%) HC / Стратегия п. Prot. TX прием DMA Нет 3005 0 НЕТ НЕТ 0 Директ-карта 2997 0 НЕТ НЕТ 0 Одноразовый 2790 6.1 НЕТ НЕТ ,68 Поделились 2835 6,0 4 0 0,65 Постоянный 2997 0,1 100 100 0 Программное обеспечение 2895 3,5 НЕТ НЕТ 0,67

Таблица 4 показывает профиль производительности и накладных расходов для OpenSER VoIP. тест приложений для различных стратегий защиты.Тест OpenSER в значительной степени нагружает ЦП и поэтому использует только один из две сетевые карты. Хотя стратегии одинаково оцениваются по эффективности для Тест OpenSER, как в тесте TCP Stream, в таблице 4 показано одно существенное отличие в отношении повторного использования отображений IOMMU. В то время как общий стратегия смогла повторно использовать сопоставления 39% времени для пакетов передачи в тесте TCP Stream, OpenSER видит только 4% повторного использования. В отличие от типичных потоковых приложений с высокой пропускной способностью, OpenSER отправляет и принимает только очень маленькие TCP-сообщения, чтобы инициировать и завершать работу телефона VoIP звонки.Следовательно, общие стратегия обеспечивает только минимальное повышение эффективности и производительности по сравнению с стратегия одноразового использования с высокими накладными расходами для эталонного теста OpenSER, указывающая на то, что само по себе совместное использование не обеспечивает повышение эффективности для приложений, которые сильно зависят от небольших сообщений.

8.3 Веб-сервер

Таблица 5: Профиль веб-сервера с использованием write ().

Защита HTTP ЦП% Повторное использование (%) HC / Стратегия Мбит / с Prot. TX прием DMA Отслеживание CS Нет 1336 0 НЕТ НЕТ 0 Одноразовый 1142 18,2 НЕТ НЕТ ,66 Поделились 1162 16.3 40 0 ,42 Постоянный 1292 3,3 100 100 0 Программное обеспечение 1212 9,1 НЕТ НЕТ 0,67 IBM Trace Нет 359 0 НЕТ НЕТ 0 Одноразовый 322 8.5 НЕТ НЕТ ,70 Поделились 322 8,3 22 0 ,58 Постоянный 350 1,3 100 100 0 Программное обеспечение 326 4,5 НЕТ НЕТ ,71 След WC Нет 714 0 НЕТ НЕТ 0 Директ-карта 697 0 НЕТ НЕТ 0 Одноразовый 617 11.8 НЕТ НЕТ ,68 Поделились 619 11,1 30 0 ,50 Постоянный 681 1,8 100 100 0 Программное обеспечение 632 5,9 НЕТ НЕТ 0,69

Таблица 6: Профиль веб-сервера с использованием файла sendfile () без копирования.

Защита HTTP ЦП% Повторное использование (%) HC / Стратегия Мбит / с Холостой ход Prot. TX Hdr. TX файл прием DMA Отслеживание CS Нет 1378 35.0 0 НЕТ НЕТ НЕТ 0 Одноразовый 1291 7,0 27,6 НЕТ НЕТ НЕТ ,37 Поделились 1330 17,0 17,7 82 72 0 ,17 Постоянный 1363 28.0 6,7 100 96 100 0,02 Программное обеспечение 1351 21,0 13,7 НЕТ НЕТ НЕТ ,37 IBM Trace Нет 475 0 0 НЕТ НЕТ НЕТ 0 Одноразовый 403 0 14.0 НЕТ НЕТ НЕТ ,43 Поделились 413 0 12,3 34 50 0 ,35 Постоянный 455 0 2,4 100 99 100 0 Программное обеспечение 422 0 6.2 НЕТ НЕТ НЕТ ,43 WC Trace Нет 961 0 0 НЕТ НЕТ НЕТ 0 Директ-карта 953 0 0 НЕТ НЕТ НЕТ 0 Одноразовый 760 0 19.9 НЕТ НЕТ НЕТ ,39 Поделились 796 0 16,0 53 62 0 ,27 Постоянный 914 0 2,7 100 100 100 0 Программное обеспечение 833 0 8.7 НЕТ НЕТ НЕТ ,40

В таблице 5 показаны профили производительности, накладных расходов и совместного использования различных средств защиты. стратегии, когда запуск веб-сервера под каждой из трех различных рабочих нагрузок трассировки: CS, IBM и WC. Как и в тестах TCP Stream и OpenSER, разные стратегии одинаково ранжируются между собой с точки зрения производительности и накладных расходов. Обратите внимание, что прямая карта стратегия оценивается только для трассировки « WC », поскольку это единственная веб-трассировка, рабочая нагрузка которой полностью соответствует в пределах прямой карты меньшее выделение памяти гостевой операционной системы в конфигурации.Каждый из другой traces генерирует сообщения разного размера и требует разного количества вычислений веб-сервера накладные расходы. Однако для реализации веб-сервера на основе write () сервер всегда полностью насыщен для каждой показанной нагрузки. « CS » в основном ограничен сетью, генерируя относительно большие ответные сообщения с средний размер HTTP-сообщения 34 КБ. IBM в значительной степени ограничена в вычислениях, генерируя относительно небольшие HTTP ответы со средним размером 2,8 КБ.« WC » находится посередине, со средней реакцией размер 6,7 КБ. Как видно из таблицы, количество повторного использования, используемое общей стратегией, зависит от в среднем создается HTTP-ответ. Более крупные средние сообщения приводят к большему количеству повторного использования для передаваемых буферов в рамках общей стратегии. Хотя большее количество повторного использования немного снижает Издержки ЦП для общей стратегии по сравнению со стратегией одноразового использования, повторное использование не имеет значения достаточно для этих рабочих нагрузок, чтобы обеспечить значительный выигрыш в производительности.

Как и в других тестах, буферы приема не подлежат повторному использованию с совместно используемым отображением. стратегия. Независимо от рабочей нагрузки, постоянная стратегия 100% эффективность при повторном использовании существующих сопоставлений, поскольку сопоставления снова становятся фактически постоянными. Как и в других тестах, стратегия на основе программного обеспечения обеспечивает согласованную производительность приложений между общей и постоянной стратегиями на основе IOMMU.

Для всех предыдущих рабочих нагрузок в сетевом приложении использовалась система write (). Звоните для отправки любых данных.Следовательно, все буферы, которые передаются в сетевой интерфейс были выделены распределителем сетевого буфера гостевой операционной системы. Использование нулевой копии sendfile (), однако гостевая ОС генерирует сетевые буферы для заголовков пакетов, но затем добавляет файловые буферы приложения, а не копирует полезную нагрузку. Этот интерфейс потенциально может изменить количество повторного использования, которое может быть использовано стратегией защиты, потому что повторно используемые данные приложение может переводить в повторно используемые сопоставления IOMMU.Используя sendfile (), размер полезной нагрузки пакета для отображений IOMMU больше не ограничивается количеством внутренние сетевые буферы, выделенные ОС, но вместо этого ограничены только размером физического память, выделенная гостю.

Таблица 6 показывает производительность, эффективность и совместное использование. профили для различных стратегий защиты для веб-рабочих нагрузок, когда сервер использует sendfile () для передачи HTTP-ответов. Обратите внимание, что для трассировки « CS » хост ЦП не полностью загружен, поэтому процент времени простоя ЦП отличен от нуля.Этот холостой время полезно как средство для сравнения эффективности. Для остальных трасс процессор полностью загружен. В таблице разделена статистика повторного использования для переданных буферы в зависимости от того, был ли буфер заголовком пакета или полезная нагрузка пакета. По сравнению с таблицей 5, таблицей 6 показывает, что общая стратегия более эффективна в использование повторного использования с помощью sendfile (), чем с помощью write (). Как следствие, общая стратегия дает больший выигрыш в производительности и эффективности по сравнению с одноразовая стратегия при использовании sendfile ().Таблица 6 также показывает, что постоянная стратегия очень эффективна. при повторном использовании файла, даже если общий размер рабочего набора « CS » и Каждая трассировка « IBM » более чем в два раза больше, чем пространство отображения 512 МБ. предоставленный GART. Как и в других тестах, постоянная стратегия обеспечивает производительность, которая приближается к минимальные накладные расходы стратегия прямого отображения для следа « WC ». Наконец, таблица показывает, что, хотя стратегия общего отображения дает преимущества от лучших характеристик повторного использования и обеспечивает лучшую производительность с помощью sendfile () — на основе рабочая нагрузка, программный стратегия все еще работает лучше, чем общие или одноразовые стратегии IOMMU для всех рабочих нагрузок.

8.4 Источники повторного использования

Контрольные показатели, исследованные в этом исследовании, показывают различные уровни повторного использования, как указано ниже. в столбце «Повторное использование» Таблицы 3, 4, 5 и 6. Для этих сетевых рабочих нагрузок существует два основных источника повторного использования: повторное использование в распределителе сетевого буфера (skbuff) операционной системы, и повторное использование буферов полезной нагрузки, предоставленных из пользовательского пространства, для операций sendfile (). Для каждого из этих типов повторного использования существует как пространственное, так и временное повторное использование.

Сетевые буферы (называемые skbuffs в Linux) — это буферы данных, которые управляются и распределяются операционной системой. система для хранения данных, скопированных в качестве полезной нагрузки из передающего приложения, для хранения заголовка пакета который должен быть добавлен к пакету полезной нагрузки данных с нулевым копированием, или для хранения данных, полученных из сети интерфейс. Пространственное повторное использование отображения IOMMU происходит, когда может быть выделено более одного пригодного для использования skbuff из одной страницы памяти, поскольку страницы являются детализацией отображений IOMMU.Для передаваемых пакетных данных это пространственное повторное использование происходит, когда размер пакета (который может быть продиктован размером максимального блока передачи (MTU)) меньше чем у физического страницы, или когда сеть стек и сетевая карта не используют разгрузку сегментации TCP (TSO). Для заголовков пакетов, добавленных к пакетов sendfile () с нулевым копированием, пространственное повторное использование может быть довольно распространенным, потому что многие из небольших TCP / IP заголовки могут быть размещены на одной физической странице.

Пространственное повторное использование skbuffs полностью зависит от поведения однако распределитель skbuff.Как видно из отсутствия повторного использования в « общих » сопоставлениях IOMMU для полученных буферов, когда распределитель skbuff PV-Linux выделяет целую физическую страницу одному сеть буфер, пространственное повторное использование полностью исключено. Аналогичным образом, временное повторное использование skbuffs зависит от поведение распределителя skbuff. Очевидно, что поведение распределителя skbuff по умолчанию таково: позволяя некоторым временное повторное использование, поскольку полученные пакеты выигрывают от повторного использования отображения IOMMU в случае « постоянного » (и как ранее установленное пространственное повторное использование для этого случая приема невозможно с учетом конструкции распределителя).

Аналогично, для данных полезной нагрузки, передаваемых через файл отправки с нулевым копированием, пространственное повторное использование зависит от размер пакета, размер страницы и наличие (или отсутствие) возможности TSO. Однако временное повторное использование зависит от шаблоны повторного использования приложений. Kim et al. исследовали кэширование данных на основе сетевых адаптеров с использованием той же сети. рабочих нагрузок, представленных в Таблице 6 и обнаруживших значительные возможности для повторно использовать [13], поэтому ожидается временное повторное использование отображений IOMMU для этих буферов полезной нагрузки.

Аппаратное обеспечение экспериментального прототипа, используемое в этом прототипе, не поддерживает размеры MTU более 1500 байт и не поддерживает TSO, поэтому в этих экспериментах присутствует некоторое дополнительное пространственное повторное использование, которое может не присутствует на разном оборудовании. Стратегии Shared и Persistent эффективно восстановить часть эффективности отображения IOMMU, которую можно было бы получить, просто используя Оборудование с поддержкой TSO или большого MTU с большими сообщениями. В обоих случаях (повторное использование IOMMU-отображения или агрегация больших пакетов) для всех данных на физической странице используется одно отображение IOMMU.Однако стратегии Shared (Shared) и Persistent (Постоянное хранение) используют многократное пространственное повторное использование для рабочих нагрузок, которые также есть много небольших пакетов, как в тесте VoIP и некоторых веб-нагрузках.

Современные массовые решения виртуализации запрещают прямой ввод-вывод получить доступ и вместо этого использовать программное обеспечение для реализовать обе защиты и совместное использование ресурсов ввода-вывода среди недоверенных гостевых операционных систем. Ограничение прямого доступа к вводу-выводу только в пределах доверенного VMM гарантирует что все дескрипторы DMA, используемые оборудованием, были созданы с помощью надежного программного обеспечения.Хотя стандартные VMM ограничивают прямой ввод-вывод в привилегированном программном обеспечении они предоставляют общий доступ к их непривилегированные виртуальные машины, использующие разные программные интерфейсы. Например, Изоляционное ядро ​​Denali предоставляет высокоуровневый интерфейс, работающий на пакеты [22]. Xen VMM предоставляет интерфейс, имитирующий это настоящая сетевая карта, но абстрагирует многие из подробности управления на уровне регистров [9]. VMware может поддерживать либо эмулированный интерфейс на уровне регистров, реализующий точную семантику оборудования NIC, или он может поддерживать интерфейс более высокого уровня, аналогичный Xen [19,21].

Платформы виртуализации IBM с высокой доступностью включают модули IOMMU и могут поддерживать прямой ввод-вывод ненадежными гостевыми операционными системами. Платформа POWER4 поддерживает логическое разделение аппаратных ресурсов между гостевыми операционными системами, но не допускает одновременного совместного использования ресурсы [12]. Платформа POWER5 добавляет поддержку одновременного совместного использования с помощью программного обеспечения, фактически жертвуя прямым доступом к вводу / выводу, чтобы получить совместное использование [4]. Этот механизм обмена работает аналогично стандартным решениям, эффективно ограничивая прямой доступ к вводу-выводу в рамках того, что IBM называет как « Виртуальный сервер ввода-вывода ».Однако, в отличие от обычных VMM, этот программный интерфейс используется исключительно ради гибкости, а не для безопасности. Когда устройство приватно назначается одной ненадежной гостевой ОС, платформы POWER5 могут по-прежнему использовать IOMMU для поддержки безопасного прямого доступа к вводу-выводу.

Предыдущие исследования показали, что программные подходы к совместному использованию и защите ввода-вывода особенно дороги для сетевого ввода-вывода. Sugerman et al. сообщил сокращение накладных расходов сети в 6 раз по сравнению с родной ОС выполнение в 2001 году исследования VMware виртуализация сети [19].Menon et al. позже достигли аналогичных результатов с помощью монитора виртуальной машины Xen, сообщая о 5-кратном наказании по сравнению с казнью в стране в 2005 году [16]. Menon et al. впоследствии разработали программные механизмы для снижения этих накладных расходов. для рабочих нагрузок, ориентированных на передачу, но не нашел такого механизма для рабочие нагрузки на основе приема [15].

Высокие накладные расходы на программную виртуализацию сети мотивировал недавние исследования аппаратных технологий, поддерживающих одновременный прямой доступ сетевой ввод-вывод ненадежными гостевыми операционными системами.Лю и др. разработано прототип на основе Infiniband, поддерживающий прямой доступ для приложений, работающих в ненадежных виртуализированные гостевые операционные системы [14]. В этой работе принята модель Infiniband. защита памяти прямого ввода-вывода на основе регистрации, в которой доверенное программное обеспечение (VMM) должно проверять и регистрировать буферы памяти приложения перед тем, как эти буферы можно будет использовать для сетевого ввода-вывода. Регистрация похоже на программирование IOMMU, но имеет другие служебные характеристики, потому что регистрация требует взаимодействие с устройством, а не изменение записей таблицы страниц IOMMU.Кроме того, в отличие от IOMMU, сама по себе регистрация не может обеспечить никакой защиты от неисправного устройства, так как механизм защиты частично задействован внутри Устройство ввода-вывода.

Willmann et al. ранее разработал прототип на базе Ethernet, который также поддерживает одновременный, непосредственный доступ к сети с помощью недоверенных гостевых операционных систем [23]. Вместо того, чтобы полагаться на аппаратная регистрация буфера для защиты ввода / вывода, которые работают, представили программную механизм обеспечения безопасности транзакций DMA, описанный в Раздел 4 данной статьи.Этот метод основан на проверке соответствия дескрипторов DMA поставлен в очередь на устройство и гарантирует целостность этих дескрипторов. на протяжении транзакции ввода-вывода. Подобно виртуализированному оборудованию на основе регистрации, это программное обеспечение Стратегия не предлагает защиты от неправильного поведения устройства.

Радж и Шван также разработали прототип устройства на базе Ethernet, который поддерживает совместное прямое Доступ к вводу-выводу для недоверенных гостей [17]. Из-за ограничений аппаратной реализации, их прототип имеет ограниченную адресуемость основной памяти и, следовательно, требует, чтобы все сетевые данные были копироваться через буферы отказов, управляемые VMM.Эта стратегия позволяет VMM проверять каждый буфер, но не обеспечивает никакой защиты от ошибочного доступа устройством в пределах диапазона адресуемой памяти.

AMD и Intel недавно предложили добавить IOMMU в свои будущие архитектуры [3,11]. Тем не менее, IOMMU являются общепризнанным компонентом. в серверных архитектурах высокой доступности [6]. Бен-Иегуда и др. недавно исследовали производительность сети TCP-потока IBM современные архитектуры на основе IOMMU, использующие как невиртуализированные, так и «голый» Linux и паравиртуализированный Linux, работающие под Xen [7].Как показано в этой статье, они сообщили, что современная одноразовая стратегия управления IOMMU может нести значительные накладные расходы. Они также определили архитектурные ограничения, специфичные для платформы, которые уменьшают производительность, например невозможность индивидуальной замены IOMMU сопоставления без глобальной очистки кеша ЦП. Они выдвинули гипотезу, что модификации одноразовой стратегии управления IOMMU могут избегать таких штрафов. Хотя реализация IOMMU на основе GART, использованная в этой статье, не влечет за собой штрафов за очистку кеша, связанных с Тем не менее одноразовые сопоставления на платформе IBM обходятся дорого.Кроме того, в этом документе предлагаются две конкретные стратегии управления IOMMU. которые сокращают накладные расходы, связанные с IOMMU, и исследуют их характеристики безопасности и эффективность в сокращении накладных расходов для повышения производительности в различных реальных рабочих нагрузок.

В этой статье оцениваются различные стратегии защиты памяти DMA. для прямого доступа к устройствам ввода-вывода в мониторах виртуальных машин с помощью ненадежные гостевые операционные системы. Все эти стратегии предотвращают гостевые операционные системы от направления устройству доступа к памяти это не принадлежит этому гостю.Однако стратегии различаются производительностью накладных расходов, уровнем внутригостовой защиты и их способности бороться с некорректно работающими устройствами.

Традиционная одноразовая стратегия обеспечивает защиту между гостями на Самая большая стоимость, потребляющая от 6 до 26% ЦП. Однако есть значительный возможность повторно использовать сопоставления IOMMU, что, в свою очередь, может снизить стоимость обеспечение защиты. Это повторное использование и его преимущества эффективности демонстрируются новым и стратегии постоянного отображения, представленные в этой статье.Несколько одновременных операций передачи по сети обычно могут использовать одни и те же сопоставления в 20-40% случаев, приводя к небольшому увеличению производительности. Однако из-за ввода-вывода Xen архитектура, сетевые операции приема обычно не могут делиться сопоставления. Напротив, использование постоянных сопоставлений с пределом в 131072 сопоставления обеспечивает почти 100% повторное использование почти во всех случаях, сокращая накладные расходы на защита всего 2-13% CPU.

Стратегия защиты, поддерживаемая VMM и ОС, также может сильно влияют на степень, в которой каждая гостевая ОС потенциально может защитить себя, изолировав поведение оборудования или изолировав собственные драйверы устройств.Хотя стратегия прямой карты имеет меньше всего накладных расходов, это единственная стратегия, которая не обеспечивает механизма для гостевая ОС для защиты от собственных драйверов устройств. В Однако стратегия постоянного отображения предлагает почти такие же производительность в качестве стратегии прямой карты, при этом позволяя защита от некорректных драйверов устройств.

Наконец, программный стратегия защиты оценивается в этой статье работает лучше, чем две стратегии на основе IOMMU (одноразовая и поделился), потребляя всего 3-15% процессора для защиты.Однако программный механизм по-прежнему строго придерживается защита памяти между гостями. И хотя он не может защитить от ошибок, возникающих в оборудовании, Программная стратегия поддерживает реализацию улучшенного внутригостевого драйвера. изоляция. Следовательно, На базе IOMMU стратегия защиты не обязательно обеспечивает лучшую производительность или защиту по сравнению с программными стратегиями.

Мы хотим поблагодарить Мули Бен-Иегуду и Бен-Ами Яссура за предоставление данных тестов IOMMU для IBM Calgary и платформы Intel VT-d IOMMU.Мы также хотим поблагодарить пастыря конференции этой статьи, Майклу Свифту и нашим анонимным рецензентам за их проницательные комментарии и предложения, которые улучшили эту статью.

1

A DAMS, K., AND A GESEN, O.
Сравнение программных и аппаратных технологий для x86 виртуализация.
В Труды конференции по архитектурной поддержке Языки программирования и операционные системы (ASPLOS) (окт.2006 г.).

2

A DVANCED M ICRO D EVICES .
Справочное руководство по архитектуре защищенных виртуальных машин , май 2005 г.
Версия 3.01.

3

A DVANCED M ICRO D EVICES .
Спецификация технологии виртуализации ввода-вывода AMD (IOMMU) , Февраль 2007 г.
Публикация 34434, Редакция 1.20.

4

A RMSTRONG, Вт.J., A RNDT, R. L., B OUTCHER, D. C., K OVACS, R.G., L ARSON, D., L UCKE, K. A., N AYAR, N., AND S WANBERG, R. C.
Расширенные возможности виртуализации систем POWER5.
Журнал исследований и разработок IBM 49 , 4/5 (2005), 523-532.

5

B ARHAM, P., D RAGOVIC, B., F RASER, K., H AND, S., H ARRIS, T., H O, A., N EUGEBAUER, R., P RATT, I., И W ARFIELD, A.
Xen и искусство виртуализации.
В Труды симпозиума по принципам операционных систем (СОСП) (октябрь 2003 г.).

6

B EN- Y EHUDA, M., M ASON, J., K RIEGER, O., X ENIDIS, J., D OORN, L. V., М АЛЛИК, А., N AKAJIMA, J., AND W AHLIG, E.
Использование IOMMU для виртуализации в Linux и Xen.
В материалах Proceedings of the Linux Symposium (июль 2006 г.).

7

B EN- Y EHUDA, M., X ENIDIS, J., O STROWSKI, M., R ISTER, K., B RUEMMER, A., AND Д ООРН, Л.В.
Цена безопасности: оценка производительности IOMMU.
В материалах Proceedings of the 2007 Linux Symposium (июль 2007).

8

D EVINE, S., B UGNION, E., AND R OSENBLUM, M.
Система виртуализации, включая монитор виртуальных машин для компьютер с сегментированной архитектурой.
Патент США № 6,397,242 (октябрь 1998 г.).

9

F RASER, K., H AND, S., N EUGEBAUER, R., P RATT, I., W ARFIELD, A., AND W ILLIAMSON, M.
Безопасный доступ к оборудованию с помощью монитора виртуальной машины Xen.
В Труды семинара по операционной системе и Архитектурная поддержка ИТ-инфраструктуры по запросу (OASIS) (окт. 2004 г.).

10

Я NTEL .
Спецификация технологии виртуализации Intel для Intel Itanium Architecture (VT-i) , апрель 2005 г.
Версия 2.0.

11

Я NTEL C ORPORATION .
Intel Virtualization Technology for Directed I / O , май 2007 г.
Номер для заказа D51397-002, редакция 1.0.

12

J ANN, J., B ROWNING, L. M., AND B URUGULA, R. S.
Динамическая реконфигурация: основные строительные блоки для автономной вычисления на серверах ibm pseries.
IBM Systems Journal 42 , 1 (2003), 29-37.

13

К ИМ, Х., П АИ, В.S., И R IXNER, S.
Повышение пропускной способности веб-сервера с помощью кэширования данных сетевого интерфейса.
В Труды Десятой Международной конференции по Архитектурная поддержка языков программирования и операционных систем (Октябрь 2002 г.), стр. 239–250.

14

L IU, J., H UANG, W., A BALI, B., AND P ANDA, D. K.
Высокопроизводительный VMM-обход ввода-вывода в виртуальных машинах.
В материалах Ежегодной технической конференции USENIX (Июнь 2006 г.).

15

M ENON, A., C OX, A. L., AND Z WAENEPOEL, W.
Оптимизация виртуализации сети в Xen.
В материалах Ежегодной технической конференции USENIX (Июнь 2006 г.).

16

M ENON, A., S ANTOS, J. R., T URNER, Y., J ANAKIRAMAN, G.J., И Z WAENEPOEL, Вт.
Диагностика накладных расходов на производительность в виртуальной машине Xen среда.
В материалах конференции ACM / USENIX по виртуальному выполнению Среда (июнь 2005 г.).

17

R AJ, H., И S CHWAN, K.
Высокая производительность и масштабируемая виртуализация ввода-вывода через само-виртуализированные устройства.
В Труды 16-го Международного симпозиума по высотам Распределенные вычисления производительности (июнь 2007 г.).

18

S HAFER, J., И R IXNER, S.
RiceNIC: перенастраиваемый сетевой интерфейс для экспериментальных исследования и образование.
В Труды Практикума по экспериментальной ЭВМ Science (июнь 2007 г.).

19

S UGERMAN, J., V ENKITACHALAM, G., AND L IM, B.
Виртуализация устройств ввода-вывода на виртуальном сервере VMware Workstation. монитор машины.
В материалах Ежегодной технической конференции USENIX (Июнь 2001 г.).

20

S WIFT, M. M., B ERSHAD, B. N., AND L EVY, H. M.
Повышение надежности массовых операционных систем.
Транзакции ACM в компьютерных системах 23 , 1 (февраль 2005 г.), 77-110.

21

VM WARE I NC.
VMware ESX server: платформа для виртуализации серверов, хранилищ и сети.
https://www.vmware.com/pdf/esx_datasheet.pdf, 2006 г.

22

W HITAKER, A., S HAW, M., И G RIBBLE, S.
Масштабирование и производительность изолированного ядра Denali.