Input/Output Systems (CHAPTER 10) / ইনপুট/আউটপুট সিস্টেম

 ইনপুট/আউটপুট সিস্টেম (Input/Output Systems)

ইনপুট/আউটপুট (I/O) সিস্টেম একটি অপারেটিং সিস্টেমের একটি গুরুত্বপূর্ণ উপাদান। এটি ব্যবহারকারী এবং কম্পিউটার হার্ডওয়ারের মধ্যে তথ্যের আদান-প্রদান পরিচালনা করে। ইনপুট ডিভাইসের মাধ্যমে তথ্য গ্রহণ এবং আউটপুট ডিভাইসের মাধ্যমে তথ্য প্রদান করা হয়।

ইনপুট ডিভাইস

ইনপুট ডিভাইসগুলি কম্পিউটারে তথ্য প্রদান করে। এর মধ্যে অন্তর্ভুক্ত রয়েছে:

• কীবোর্ড: ব্যবহারকারী টেক্সট এবং কমান্ড ইনপুট করতে।
• মাউস: পয়েন্টার নিয়ন্ত্রণ এবং বিভিন্ন ফাংশনে ক্লিক করার জন্য।
• স্ক্যানার: কাগজের ডকুমেন্ট বা ছবির ডিজিটাল কপি তৈরি করার জন্য।
• মাইক্রোফোন: সাউন্ড ইনপুট গ্রহণের জন্য।

আউটপুট ডিভাইস

আউটপুট ডিভাইসগুলি কম্পিউটার থেকে তথ্য প্রদর্শন করে। এর মধ্যে অন্তর্ভুক্ত রয়েছে:

• মনিটর: টেক্সট এবং গ্রাফিক্সের ভিজ্যুয়াল প্রদর্শন।
• প্রিন্টার: ডিজিটাল তথ্য কাগজে মুদ্রণ করার জন্য।
• স্পিকার: অডিও আউটপুট প্রদান করার জন্য।

ইনপুট/আউটপুট সিস্টেমের কাজ

1.   ড্রাইভার: I/O ডিভাইসের জন্য ড্রাইভার সফটওয়্যার প্রয়োজন, যা অপারেটিং সিস্টেম এবং ডিভাইসের মধ্যে যোগাযোগ তৈরি করে।

2.   বাফারিং: ইনপুট এবং আউটপুটের জন্য ডেটা অস্থায়ীভাবে সংরক্ষণের জন্য বাফার ব্যবহৃত হয়। এটি ডেটা ট্রান্সফারের গতি বৃদ্ধি করে।

3.   ডেটা স্থানান্তর: I/O সিস্টেম তথ্যকে প্রসেসর এবং ডিভাইসের মধ্যে স্থানান্তর করে।

4.   মাল্টিপ্লেক্সিং: একাধিক I/O ডিভাইসের সাথে একযোগে কাজ করার ক্ষমতা প্রদান করে।

I/O ম্যানেজমেন্ট

I/O ম্যানেজমেন্ট অপারেটিং সিস্টেমের একটি প্রধান ফাংশন। এটি বিভিন্ন ডিভাইসের ব্যবহারের সময় এবং অগ্রাধিকারের পরিচালনা করে। প্রধান দুটি প্রক্রিয়া হল:

• I/O অপারেশন: ডেটা পাঠানো এবং গ্রহণের প্রক্রিয়া।
• I/O কিউ: চলমান কাজগুলির একটি সারি, যা তাদের অগ্রাধিকার অনুযায়ী পরিচালনা করা হয়।

ইনপুট/আউটপুট সিস্টেম অপারেটিং সিস্টেমের একটি অপরিহার্য অংশ, যা ব্যবহারকারীদের জন্য কম্পিউটারের সাথে যোগাযোগের একটি কার্যকরী মাধ্যম তৈরি করে। সঠিকভাবে কাজ করার জন্য এটি ড্রাইভার, বাফারিং, এবং ডেটা স্থানান্তরের মতো বিভিন্ন ফাংশন সম্পাদন করে।

I/O হার্ডওয়্যার এবং সফটওয়্যার:

অপারেটিং সিস্টেম (OS) কম্পিউটারের একটি মূল অংশ, যা হার্ডওয়্যার এবং সফটওয়্যার উপাদানগুলির মধ্যে সমন্বয় সাধন করে। I/O (Input/Output) এর মাধ্যমে ব্যবহারকারী এবং কম্পিউটার সিস্টেমের মধ্যে যোগাযোগ প্রতিষ্ঠিত হয়। এখানে I/O হার্ডওয়্যার এবং সফটওয়্যারের ভূমিকা নিয়ে আলোচনা করা হলো।

I/O হার্ডওয়্যার

I/O হার্ডওয়্যার হল সেই উপাদানগুলি যা ব্যবহারকারী বা অন্যান্য সিস্টেমের সাথে কম্পিউটারের তথ্য প্রবাহিত করতে সহায়তা করে। এর মধ্যে অন্তর্ভুক্ত:

1.   ইনপুট ডিভাইস:

o    কিবোর্ড: ব্যবহারকারীর ইনপুট দেওয়ার জন্য ব্যবহৃত হয়।

o    মাউস: পয়েন্টার নিয়ন্ত্রণের জন্য ব্যবহৃত হয়।

o    স্ক্যানার: কাগজের তথ্য ডিজিটাল ফর্মে রূপান্তরিত করতে ব্যবহৃত হয়।

o    মাইক্রোফোন: অডিও ইনপুটের জন্য ব্যবহৃত হয়।

2.   আউটপুট ডিভাইস:

o    মোনিটর: তথ্য প্রদর্শনের জন্য ব্যবহৃত হয়।

o    প্রিন্টার: ডিজিটাল ডাটা কাগজে মুদ্রণের জন্য ব্যবহৃত হয়।

o    স্পিকার: অডিও আউটপুটের জন্য ব্যবহৃত হয়।

3.   I/O কন্ট্রোলার: এই কন্ট্রোলারগুলি I/O ডিভাইসগুলির সঙ্গে কম্পিউটারের মধ্যে তথ্য আদান-প্রদানে সহায়তা করে।

I/O সফটওয়্যার

I/O সফটওয়্যার হল সেই প্রোগ্রাম এবং ড্রাইভার যা I/O ডিভাইসগুলির কার্যক্রম নিয়ন্ত্রণ করে। এর মধ্যে অন্তর্ভুক্ত:

1.   ড্রাইভার:

o    এটি একটি সফটওয়্যার প্রোগ্রাম যা নির্দিষ্ট I/O ডিভাইসের সাথে যোগাযোগ করতে ব্যবহৃত হয়। উদাহরণস্বরূপ, একটি প্রিন্টারের জন্য একটি ড্রাইভার থাকে যা অপারেটিং সিস্টেমকে নির্দেশ দেয় কিভাবে প্রিন্টারের সঙ্গে যোগাযোগ করতে হবে।

2.   I/O ম্যানেজার:

o    এটি অপারেটিং সিস্টেমের একটি অংশ যা I/O ডিভাইসগুলির কার্যকারিতা এবং প্রবাহ নিয়ন্ত্রণ করে। এটি ডেটার স্থানান্তরকে সমন্বয় করে এবং সিস্টেমের সম্পদগুলি কার্যকরভাবে ব্যবহৃত হচ্ছে কিনা তা নিশ্চিত করে।

3.   সিস্টেম কল:

o    এটি একটি ইন্টারফেস যা অ্যাপ্লিকেশন প্রোগ্রামগুলোকে অপারেটিং সিস্টেমের ফাংশনগুলি ব্যবহার করতে দেয়। উদাহরণস্বরূপ, ফাইল পড়া বা লেখার জন্য সিস্টেম কল ব্যবহার করা হয়।

I/O হার্ডওয়্যার এবং সফটওয়্যার অপারেটিং সিস্টেমের একটি অপরিহার্য অংশ। এগুলি ব্যবহারকারীর তথ্য প্রবাহ এবং কম্পিউটার সিস্টেমের কার্যক্রমের মধ্যে একটি সমন্বয় তৈরি করে। সঠিকভাবে কাজ করলে, I/O উপাদানগুলি কম্পিউটারের কার্যক্ষমতা বৃদ্ধি করতে এবং ব্যবহারকারীর অভিজ্ঞতাকে উন্নত করতে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে।

অন্তর্বন্ধ এবং ইনপুট/আউটপুট ব্যবস্থাপনা (I/O Management) ইন অপারেটিং সিস্টেম (OS)

অপারেটিং সিস্টেম (OS) কম্পিউটারের হার্ডওয়্যার এবং সফটওয়্যার উভয়ের মধ্যে একটি গুরুত্বপূর্ণ সেতু হিসেবে কাজ করে। এর মধ্যে অন্তর্বন্ধ (Interrupts) এবং ইনপুট/আউটপুট ব্যবস্থাপনা (I/O Management) অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে।

১. অন্তর্বন্ধ (Interrupts)

অন্তর্বন্ধ হল একটি সংকেত যা CPU-কে জানায় যে কোনও গুরুত্বপূর্ণ কাজ সম্পন্ন হয়েছে বা একটি নির্দিষ্ট ঘটনার জন্য CPU-এর দৃষ্টি আকর্ষণ করতে হবে। অন্তর্বন্ধের মাধ্যমে, CPU অন্য কাজ থেকে বিরতি নিয়ে জরুরী কাজ সম্পন্ন করতে পারে। অন্তর্বন্ধ প্রধানত দুটি প্রকারে বিভক্ত:

1.   হার্ডওয়্যার অন্তর্বন্ধ (Hardware Interrupts):

o    এই ধরনের অন্তর্বন্ধ বিভিন্ন হার্ডওয়্যার উপাদান, যেমন কীবোর্ড, মাউস, বা ডিস্ক ড্রাইভ দ্বারা উত্পন্ন হয়। উদাহরণস্বরূপ, যখন ব্যবহারকারী কীবোর্ডে একটি কী টিপেন, তখন একটি হার্ডওয়্যার অন্তর্বন্ধ সৃষ্টি হয় যা CPU-কে জানায় যে একটি ইনপুট এসেছে।

2.   সফটওয়্যার অন্তর্বন্ধ (Software Interrupts):

o    এই ধরনের অন্তর্বন্ধ প্রোগ্রাম দ্বারা তৈরি হয় এবং সাধারণত নির্দিষ্ট সিস্টেম কল বা ত্রুটি ঘটনার সময় ঘটে। উদাহরণস্বরূপ, একটি প্রোগ্রাম যখন কোন ফাইল খুলতে চায় তখন একটি সফটওয়্যার অন্তর্বন্ধ সৃষ্টি হয়।

২. ইনপুট/আউটপুট ব্যবস্থাপনা (I/O Management)

I/O Management হল সেই প্রক্রিয়া যার মাধ্যমে অপারেটিং সিস্টেম ইনপুট এবং আউটপুট ডিভাইসের সাথে তথ্য বিনিময় করে। এর প্রধান উদ্দেশ্য হল নিশ্চিত করা যে ডেটা সঠিকভাবে এবং কার্যকরভাবে ডিভাইসগুলির মধ্যে স্থানান্তরিত হয়। ইনপুট/আউটপুট ব্যবস্থাপনা নিম্নলিখিত উপাদানগুলির উপর ভিত্তি করে কাজ করে:

1.   ডিভাইস ড্রাইভার (Device Drivers):

o    ডিভাইস ড্রাইভার হল সফটওয়্যার যা অপারেটিং সিস্টেম এবং হার্ডওয়্যার ডিভাইসের মধ্যে একটি সংযোগ তৈরি করে। এটি হার্ডওয়্যার ডিভাইসের সাথে যোগাযোগ করার জন্য প্রয়োজনীয় নির্দেশাবলীর সেট সরবরাহ করে।

2.   I/O অপারেশন:

o    ইনপুট এবং আউটপুট অপারেশনগুলি CPU-এর একটি গুরুত্বপূর্ণ কাজ। CPU যখন একটি ইনপুট/আউটপুট অপারেশন শুরু করে, তখন এটি ডিভাইস ড্রাইভারের মাধ্যমে ডিভাইসে পাঠানো বা গ্রহণ করার জন্য ডেটা তৈরি করে।

3.   Buffering:

o    ইনপুট এবং আউটপুট অপারেশনের সময় ডেটা ব্যবস্থাপনার জন্য Buffering একটি গুরুত্বপূর্ণ প্রক্রিয়া। এটি ডেটাকে একটি অস্থায়ী সঞ্চয়স্থানে সংরক্ষণ করে, যা CPU-কে আরও দ্রুত কাজ করতে সাহায্য করে।

4.   Spooling:

o    Spooling (Simultaneous Peripheral Operation On-Line) হল একটি প্রক্রিয়া যার মাধ্যমে একটি সিস্টেম একাধিক ইনপুট/আউটপুট অপারেশন পরিচালনা করতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, যখন একটি প্রিন্টার কাজ করছে, তখন নতুন প্রিন্টিং কাজগুলি একটি স্পুলার মেমরিতে সংরক্ষণ করা হয়, যাতে প্রিন্টার ফাঁকা হলে সেগুলি প্রিন্ট করা যায়।

অন্তর্বন্ধ এবং ইনপুট/আউটপুট ব্যবস্থাপনা অপারেটিং সিস্টেমের অপরিহার্য অংশ। সঠিকভাবে এই দুটি প্রক্রিয়া পরিচালনা করা হলে সিস্টেমের কার্যকারিতা এবং ব্যবহারকারীর অভিজ্ঞতা উন্নত হয়। অপারেটিং সিস্টেমে এই ব্যবস্থাপনাগুলির সঠিক কার্যকরীতা নিশ্চিত করার জন্য নিয়মিত আপডেট এবং মনিটরিং প্রয়োজন।

ডিরেক্ট মেমরি অ্যাক্সেস (DMA) ও অপারেটিং সিস্টেম

ডিরেক্ট মেমরি অ্যাক্সেস (DMA) হল একটি প্রযুক্তি যা কম্পিউটারের হার্ডওয়্যার এবং সফটওয়্যারের মধ্যে যোগাযোগ সহজতর করে। এটি বিশেষত ডেটা ট্রান্সফারের ক্ষেত্রে ব্যবহৃত হয় যেখানে CPU কে সরাসরি জড়িত করা ছাড়া ডেটা স্থানান্তর করা হয়।

DMA এর মৌলিক ধারণা

ডিএমএতে, একটি বিশেষ হার্ডওয়্যার ডিভাইস, যাকে DMA কন্ট্রোলার বলা হয়, CPU এর পরিবর্তে মেমরি এবং একটি ইনপুট/আউটপুট (I/O) ডিভাইসের মধ্যে ডেটা স্থানান্তর পরিচালনা করে। এটি CPU কে অন্যান্য গুরুত্বপূর্ণ কাজের জন্য মুক্ত করে দেয় এবং ডেটা স্থানান্তরের গতি বাড়ায়।

DMA এর কার্যপ্রণালী

1.   DMA কন্ট্রোলারের কনফিগারেশন: যখন CPU একটি DMA ট্রান্সফার শুরু করতে চায়, তখন এটি DMA কন্ট্রোলারকে কনফিগার করে। এখানে CPU কে জানানোর জন্য ডেটা কোথা থেকে এবং কোথায় পাঠানো হবে।

2.   I/O ডিভাইসের জন্য সিগন্যাল পাঠানো: CPU DMA কন্ট্রোলারকে সিগন্যাল পাঠায়, যাতে I/O ডিভাইসটি ডেটা পাঠাতে বা গ্রহণ করতে প্রস্তুত থাকে।

3.   ডেটা স্থানান্তর: DMA কন্ট্রোলার ডেটা স্থানান্তর শুরু করে। এটি CPU কে জড়িত না করেই মেমরিতে ডেটা স্থানান্তর করে।

4.   CPU কে জানানো: ডেটা স্থানান্তর সম্পন্ন হলে, DMA কন্ট্রোলার CPU কে একটি IRQ (ইন্টারাপ্ট রিকোয়েস্ট) পাঠায়, যা CPU কে জানায় যে স্থানান্তর সম্পন্ন হয়েছে।

DMA এর সুবিধা

1.   দ্রুততর ডেটা স্থানান্তর: DMA এর মাধ্যমে ডেটা স্থানান্তর CPU এর সাপেক্ষে দ্রুত হয়, কারণ CPU কে জড়িত হতে হয় না।

2.   CPU এর ব্যস্ততা কমানো: CPU কে অন্যান্য কাজের জন্য উপলব্ধ রাখা যায়, ফলে সামগ্রিক কার্যকারিতা বৃদ্ধি পায়।

3.   সিস্টেমের কার্যকারিতা: এটি সিস্টেমের সামগ্রিক কার্যকারিতা এবং প্রতিক্রিয়া সময় উন্নত করে।

DMA এর প্রকারভেদ

1.   Burst Mode DMA: এই মোডে, DMA কন্ট্রোলার ডেটা ব্লকগুলিতে স্থানান্তর করে এবং স্থানান্তর শেষ হলে CPU কে নিয়ন্ত্রণ ফিরিয়ে দেয়।

2.   Cycle Stealing Mode: এই মোডে, DMA কন্ট্রোলার CPU এর চক্রগুলির মধ্যে ডেটা স্থানান্তর করে, ফলে CPU কার্যকলাপ চলতে থাকে।

3.   Transparent Mode: এই মোডে, DMA কন্ট্রোলার CPU এর কার্যকলাপে বিঘ্ন না ঘটিয়ে ডেটা স্থানান্তর করে।

ডিরেক্ট মেমরি অ্যাক্সেস (DMA) আধুনিক কম্পিউটার সিস্টেমের একটি অপরিহার্য অংশ। এটি দ্রুত এবং দক্ষ ডেটা স্থানান্তরের জন্য গুরুত্বপূর্ণ, যা CPU এর কার্যকলাপকে উন্নত করে। DMA প্রযুক্তি আজকের যুগের অপারেটিং সিস্টেমের মূল ভিত্তি হিসেবে কাজ করে, যা বিভিন্ন ডিভাইস এবং মেমরির মধ্যে ডেটার দ্রুত স্থানান্তরের সুবিধা প্রদান করে।

ডিভাইস ড্রাইভার এবং I/O শিডিউলিং - অপারেটিং সিস্টেমে

১. ডিভাইস ড্রাইভার

ডিভাইস ড্রাইভার হল একটি সফ্টওয়্যার কম্পোনেন্ট যা একটি অপারেটিং সিস্টেমের মাধ্যমে হার্ডওয়্যার ডিভাইসের সাথে যোগাযোগ স্থাপন করে। এর প্রধান কাজ হল হার্ডওয়্যার ডিভাইস এবং অপারেটিং সিস্টেমের মধ্যে তথ্য স্থানান্তর করা। ড্রাইভারগুলি বিভিন্ন ধরনের ডিভাইসের জন্য প্রয়োজনীয়, যেমন:

• ইনপুট ডিভাইস: কীবোর্ড, মাউস ইত্যাদি।
• আউটপুট ডিভাইস: প্রিন্টার, মনিটর ইত্যাদি।
• স্টোরেজ ডিভাইস: হার্ড ডিস্ক, ইউএসবি ড্রাইভ ইত্যাদি।

ড্রাইভারগুলি হার্ডওয়্যার ডিভাইসের নির্দিষ্ট কার্যক্রম পরিচালনা করার জন্য নির্মিত হয়। প্রতিটি ডিভাইসের জন্য আলাদা ড্রাইভার থাকতে হয়, যা ডিভাইসের কাজের জন্য প্রয়োজনীয় তথ্য প্রদান করে।

ডিভাইস ড্রাইভারের কাজ:

• বেসিক ফাংশন: ড্রাইভারটি ডিভাইসের সাথে যোগাযোগের একটি ইন্টারফেস প্রদান করে।
• নিয়ন্ত্রণ ও তথ্য প্রক্রিয়াকরণ: ড্রাইভারগুলি ডিভাইসের কাজের জন্য নির্দেশাবলী প্রদান করে এবং ডিভাইস থেকে আসা তথ্য প্রক্রিয়াকরণ করে।
• অ্যাপ্লিকেশন স্তরের সাপোর্ট: ব্যবহারকারী বা অ্যাপ্লিকেশন সফ্টওয়্যার ডিভাইসগুলির সাথে কাজ করার জন্য ড্রাইভারের সাহায্য নেয়।

২. I/O শিডিউলিং

I/O শিডিউলিং হল অপারেটিং সিস্টেমের একটি প্রক্রিয়া যা ইনপুট/আউটপুট (I/O) কার্যক্রমের সম্পাদনার জন্য কার্যক্রমের অগ্রাধিকার নির্ধারণ করে। এটি নিশ্চিত করে যে সিস্টেমের I/O ডিভাইসগুলি যথাযথভাবে ব্যবহৃত হচ্ছে এবং অপেক্ষমাণ কাজগুলি সময়মতো সম্পন্ন হচ্ছে।

I/O শিডিউলিংয়ের প্রকারভেদ:

1.   FIFO (First-In, First-Out): প্রথমে আসা কাজ প্রথমে সম্পন্ন হয়। এটি সরল কিন্তু কখনও কখনও অকার্যকর হতে পারে।

2.   Shortest Job First (SJF): সবচেয়ে ছোট কাজগুলো প্রথমে সম্পন্ন হয়। এটি সময় এবং কার্যক্ষমতা বাড়াতে সাহায্য করে।

3.   Priority Scheduling: প্রতিটি কাজকে একটি অগ্রাধিকার দেওয়া হয়, এবং উচ্চ অগ্রাধিকার কাজগুলো প্রথমে সম্পন্ন হয়।

4.   Round Robin Scheduling: প্রতিটি কাজকে একটি নির্দিষ্ট সময় দেওয়া হয়, এবং এরপর পরবর্তী কাজের দিকে চলে যাওয়া হয়। এটি বহু ব্যবহারকারীর জন্য কার্যকর।

ডিভাইস ড্রাইভার এবং I/O শিডিউলিং অপারেটিং সিস্টেমের দুটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ উপাদান। ড্রাইভারগুলি হার্ডওয়্যার এবং সফ্টওয়্যারের মধ্যে একটি সেতুর কাজ করে, যেখানে I/O শিডিউলিং সিস্টেমের কার্যকারিতা এবং কর্মক্ষমতা বাড়াতে সাহায্য করে। এই দুটি উপাদান সঠিকভাবে কাজ করলে, সিস্টেমের সম্প overall কার্যক্ষমতা উন্নত হয়।