Entrées-sorties - Définition

Introduction

Dans un système à base d'un processeur, d'un microprocesseur, d'un microcontrôleur ou d'un automate, on appelle Entrées-Sorties les échanges d'informations entre le processeur et les périphériques qui lui sont associés. De la sorte, le système peut réagir à des modifications de son environnement, voire le contrôler. Elles sont parfois désignées par l'acronyme I/O, issu de l'anglais Input/Output.

Dans un système d'exploitation,

• Les entrées sont les données envoyées par un périphérique (disque, réseau, clavier…) à destination de l'unité centrale ;
• Les sorties sont les données émises par l'unité centrale à destination d'un périphérique (disque, réseau, écran...).

Exemple simplifié :

• taper sur les touches du clavier envoie une série de codes vers le processeur ; ces codes sont considérés comme des données d'entrée ;
• le processeur affiche les résultats du traitement des données sur un écran ; ce sont des données de sortie. Habituellement, l'écran est géré par un programme de gestion d'affichage.

Structure d'un système à microprocesseur

Un système à microprocesseur comporte nécessairement les éléments suivants :

• un processeur, qui est le cerveau du système ; il est capable d'effectuer des opérations arithmétiques et logiques et d'organiser des transferts de données entre les différents éléments du système ;
• une zone de mémoire morte (ROM, EPROM, EPROM Flash) qui stocke le programme ;
• une zone de mémoire vive (RAM) qui stocke les données pendant l'exécution du programme ; le contenu de cette mémoire est perdu lorsqu'on coupe l'alimentation du système ;
• des périphériques ; leur nombre et genre dépendent de l'application.

Les différents éléments du système sont reliés par 3 bus :

• le bus de données permet, comme son nom l'indique, la circulation des données, mais aussi des instructions, entre les 4 grands blocs ;
• le bus d'adresse permet au processeur de désigner à chaque instant la case mémoire ou le périphérique auquel il veut faire appel ;
• le bus de contrôle est également géré par le processeur et indique, par exemple, s'il veut faire une écriture ou une lecture dans une case mémoire, ou une entrée/sortie de ou vers un périphérique ; on trouve également, dans le bus de contrôle, une ou plusieurs lignes qui permettent aux circuits périphériques d'effectuer des demandes au processeur ; ces lignes sont appelées lignes d'interruptions matérielles (IRQ).

L'évolution de la technologie fait que des systèmes qui, précédemment, nécessitaient plusieurs boîtiers, peuvent parfaitement être intégrés dans un seul boîtier qui regroupe les différentes fonctions ; voir par exemple la famille de processeurs ADuC d'Analog Devices.

Ports d'entrées/sorties

Les périphériques sont reliés au reste du système par des circuits appelés ports d'entrées et ports de sortie (certains ports peuvent combiner les deux fonctions).

Un port d'entrée est essentiellement composé de tampons trois états. Ceux-ci se comportent comme des interrupteurs électroniques qui font apparaître, au moment voulu, les niveaux logiques du périphérique d'entrée (choisi par le bus d'adresse) sur le bus de données ; ces niveaux seront mémorisés dans un registre du processeur (le registre est une case de RAM).

Un port de sortie est essentiellement composé de bascules de type D. Celles-ci se comportent comme des petites mémoires. Leur entrée est reliée au bus de données. Le processeur vient écrire un niveau logique 0 ou 1 dans chacun des bascules. Les sorties des bascules contrôlent les périphériques, généralement via un étage de puissance.