Lernziele
In dieser Aufgabe …
- reaktivieren die Studierenden ihr Wissen über verschiedene I/O-Varianten, indem sie sie systematisch gegenüberstellen.
Polling, Interrupts und DMA
a)
Level 1: Wissen
Aus der Vorlesung wissen Sie, dass verschiedene Geräte auf unterschiedliche Weise mit dem Prozessor kommunizieren. Welche beiden Geräteklassen sind am häufigsten vertreten? Geben Sie jeweils ein Beispiel und erklären Sie kurz ihre Funktionsweise.
Lösung
Zeichenorientierte Geräte (Character Devices) kommunizieren sequenziell, übertragen ihre Daten also als eine Abfolge von Zeichen. Beispiel: Maus, Tastatur, Drucker
Blockorientierte Geräte (Block Devices) kommunizieren blockweise mit wahlfreiem Zugriff. Der Controller darf also auf beliebige Blöcke des Gerätes zugreifen. Beispiel: Festplatte, SSD, DVD
b)
Level 1: Wissen
Beschreiben Sie kurz die Unterschiede zwischen Polling, Interrupts und Direct Memory Access bei I/O-Geräten.
Lösung
Ein Interrupt ist ein Ereignis, das beispielsweise von einem Gerät ausgelöst werden kann, um der Software zu signalisieren, dass sie reagieren muss. Ein Interrupt ist asynchron, kann also jederzeit ausgelöst werden. Ein Beispiel hierfür ist die Tastatur, die bei jeder gedrückten Taste einen Interrupt auslöst.
Polling bezeichnet aktives Warten auf ein Ereignis. Die Software prüft ein Signal also selbst in regelmäßigen Abständen ab und fährt erst fort, wenn sich das Signal entsprechend geändert hat. Ein Beispiel hierfür ist der USB-Standard und die dazugehörige Polling Rate bei USB-Eingabegeräten.
Direct Memory Access (DMA) erlaubt Geräten den direkten Zugriff auf einen Bereich des Hauptspeichers. Über diesen können dann Ein- bzw. Ausgaben weitergegeben werden.
c)
Level 1: Wissen
Beschreiben Sie einen Vorteil von Polling gegenüber der Verwendung von Interrupts bei I/O-Geräten.
Diese Aufgabe war Teil der Klausur im Sommersemester 2025 (Probeklausur).
Lösung
Bei Auftreten eines Interrupts müssen ein Privilegienwechsel in den Kernel-Modus und eine Kontextsicherung des aktuellen Prozesszustandes stattfinden, diese sind zeitaufwendig. Bei Polling ist dies nicht erforderlich.