入出力装置とインタフェースの試験問題への適用

入出力の設問では、CPUが何を担当し、どの仕組みが転送・通知・一時保持を担うかを切り分ける。割込み、DMA、ポーリング、バッファを具体的な処理順に当てはめる。

この単元で学ぶこと

  • DMA転送の意味と役割を説明できる
  • 割込み通知の意味と役割を説明できる
  • ポーリングの意味と役割を説明できる
  • 複数のI/O制御方式を組み合わせた処理順を判断できる

本文解説

I/O制御は一つの技術だけで完結しない。大量転送はDMA、完了通知は割込み、速度差の吸収はバッファ、CPU側からの状態確認はポーリングという役割分担を読み取ることが重要である。

DMA転送 主記憶とI/O装置の間のブロック転送を専用機構が担い、CPUの逐次転送負荷を減らす。 CPUは転送条件の設定や完了後の処理には関与し得る。

割込み通知 装置側のイベントをCPUへ通知し、必要な処理へ切り替えさせる。 完了待ちの間ずっと状態レジスタを読む必要を減らせる。

ポーリング CPUが装置状態を繰り返し問い合わせる方式。 単純だが待ち時間中にもCPU時間を消費しやすい。

バッファリング 装置間の速度差や処理単位差を吸収するためデータを一時保持する。 プリンタや通信などで送受信のタイミング差をならす。

入出力インタフェース 装置との接続方法・信号・転送手順などを規定する境界。 規格名・コネクタ形状・実効速度を同一視しない。

設問の動詞を見る。転送するならDMA、知らせるなら割込み、確認するならポーリング、一時保持するならバッファを第一候補にする。

ストレージ読込みではCPUがDMA条件を設定し、DMAが主記憶へ転送し、完了後に割込みでCPUへ知らせる構成が考えられる。

図解

I/O問題の読み分け
転送はDMA、通知は割込み、監視はポーリング、速度差吸収はバッファと役割を対応付ける。

重要ポイント

  • DMA転送: 主記憶とI/O装置の間のブロック転送を専用機構が担い、CPUの逐次転送負荷を減らす。
  • 割込み通知: 装置側のイベントをCPUへ通知し、必要な処理へ切り替えさせる。
  • ポーリング: CPUが装置状態を繰り返し問い合わせる方式。
  • バッファリング: 装置間の速度差や処理単位差を吸収するためデータを一時保持する。
  • 転送・通知・監視・一時保持の役割を混同しない。

間違えやすい点

  • DMAをCPU完全不要の仕組みと断定しない。
  • 割込みを大量データ転送そのものと誤解しない。
  • USB端子形状だけで必ず転送速度を決めない。

用語解説

DMA転送
主記憶とI/O装置の間のブロック転送を専用機構が担い、CPUの逐次転送負荷を減らす。
割込み通知
装置側のイベントをCPUへ通知し、必要な処理へ切り替えさせる。
ポーリング
CPUが装置状態を繰り返し問い合わせる方式。
バッファリング
装置間の速度差や処理単位差を吸収するためデータを一時保持する。
入出力インタフェース
装置との接続方法・信号・転送手順などを規定する境界。

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参考資料

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