हार्डवेयर एब्सट्रेक्शन

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हार्डवेयर एब्स्ट्रैक्शन सॉफ्टवेयर में रूटीन के सेट हैं जो प्रोग्राम को प्रोग्रामिंग इंटरफेस के माध्यम से हार्डवेयर संसाधनों तक पहुंच प्रदान करते हैं। प्रोग्रामिंग इंटरफ़ेस हार्डवेयर उपकरणों के एक विशेष वर्ग C के सभी उपकरणों को समान इंटरफेस के माध्यम से एक्सेस करने की अनुमति देता है, तथापि C में उपकरणों के विभिन्न उपवर्ग सम्मिलित हो सकते हैं जो प्रत्येक एक अलग हार्डवेयर इंटरफ़ेस प्रदान करते हैं।

हार्डवेयर एब्स्ट्रैक्शन अधिकांशत: प्रोग्रामर को हार्डवेयर के लिए मानक ऑपरेटिंग सिस्टम (ओएस) कॉल प्रदान करके कंप्यूटर हार्डवेयर-स्वतंत्र, उच्च प्रदर्शन एप्लिकेशन लिखने की अनुमति देते हैं। हार्डवेयर के एब्सट्रैक्ट (कंप्यूटर विज्ञान) टुकड़ों की प्रक्रिया अधिकांशत: केंद्रीय प्रसंस्करण इकाई के दृष्टिकोण से की जाती है। प्रत्येक प्रकार के सीपीयू में विशिष्ट निर्देश सेट आर्किटेक्चर या आईएसए होता है। आईएसए मशीन के आदिम संचालन का प्रतिनिधित्व करता है जो असेंबली लैंग्वेज प्रोग्रामर और संकलक लेखकों द्वारा उपयोग के लिए उपलब्ध है। जो कि कंपाइलर का मुख्य कार्य प्रोग्रामर को सीपीयू-विशिष्ट निर्देशों की परवाह किए बिना उच्च-स्तरीय लैंग्वेज में एल्गोरिदम लिखने की अनुमति देना है। फिर सीपीयू-विशिष्ट निष्पादन योग्य उत्पन्न करना कंपाइलर का काम है। ऑपरेटिंग सिस्टम में ही प्रकार का एब्सट्रैक्ट किया जाता है, किन्तु ओएस एपीआई अब आईएसए के अतिरिक्त `मशीन के आदिम संचालन का प्रतिनिधित्व करते हैं। यह प्रोग्रामर को विभिन्न प्लेटफार्मों पर सॉफ्टवेयर पोर्टेबिलिटी को बनाए रखते हुए अपने प्रोग्राम में ओएस-स्तरीय संचालन (जैसे कार्य निर्माण/हटाना) का उपयोग करने की अनुमति देता है।

अवलोकन

विभिन्न प्रारंभिक कंप्यूटर सिस्टम में किसी भी प्रकार का हार्डवेयर एब्स्ट्रैक्शन नहीं था। इसका अर्थ यह था कि ऐसे सिस्टम के लिए प्रोग्राम लिखने वाले किसी भी व्यक्ति को यह जानना होगा कि प्रत्येक हार्डवेयर डिवाइस शेष सिस्टम के साथ कैसे संचार करता है। जिसमे सॉफ्टवेयर डेवलपर्स के लिए यह महत्वपूर्ण चुनौती थी क्योंकि तब उन्हें यह जानना था कि सिस्टम में प्रत्येक हार्डवेयर डिवाइस सॉफ्टवेयर की कंप्यूटर अनुकूलता सुनिश्चित करने के लिए कैसे काम करता है। हार्डवेयर एब्स्ट्रैक्शन के साथ, प्रोग्राम हार्डवेयर डिवाइस के साथ सीधे संचार करने के अतिरिक्त , यह ऑपरेटिंग सिस्टम को बताता है कि डिवाइस को क्या करना चाहिए, जो तब डिवाइस के लिए हार्डवेयर-निर्भर निर्देश उत्पन्न करता है। इसका अर्थ यह था कि प्रोग्रामर्स को यह जानने की ज़रूरत नहीं थी कि विशिष्ट डिवाइस कैसे काम करते हैं, जिससे उनका प्रोग्राम किसी भी डिवाइस के साथ संगत हो जाता है।

इसका उदाहरण जोस्टिक एब्स्ट्रैक्शन हो सकता है। जॉयस्टिक डिवाइस, जिसके विभिन्न भौतिक कार्यान्वयन हैं, एपीआई के माध्यम से पढ़ने योग्य/लिखने योग्य है जिसे विभिन्न जॉयस्टिक-जैसे डिवाइस साझा कर सकते हैं। अधिकांश जॉयस्टिक-उपकरण गति दिशाओं की रिपोर्ट कर सकते हैं। विभिन्न जॉयस्टिक-डिवाइस में संवेदनशीलता-सेटिंग्स हो सकती हैं जिन्हें किसी बाहरी एप्लिकेशन द्वारा कॉन्फ़िगर किया जा सकता है। जॉयस्टिक एब्स्ट्रैक्शन हार्डवेयर के विवरण (उदाहरण के लिए, रजिस्टर प्रारूप, I2C पता) को छुपाता है जिससे एब्सट्रैक्ट एपीआई का उपयोग करने वाले प्रोग्रामर को डिवाइस के भौतिक इंटरफ़ेस के विवरण को समझने की आवश्यकता न हो। यह कोड के पुन: उपयोग की भी अनुमति देता है क्योंकि वही कोड किसी भी प्रकार के कार्यान्वयन से मानकीकृत संदेशों को संसाधित कर सकता है जो जॉयस्टिक एब्स्ट्रैक्शन की आपूर्ति करता है। "नज फॉरवर्ड" एक पोटेंशियोमीटर से या कैपेसिटिव टच सेंसर से हो सकता है जो "स्वाइप" संकेतो को पहचानता है, जब तक कि वे दोनों "आंदोलन" से संबंधित संकेत प्रदान करते हैं।

चूँकि भौतिक सीमाएँ (उदाहरण के लिए सेंसर का रिज़ॉल्यूशन, अस्थायी अद्यतन आवृत्ति) हार्डवेयर के साथ भिन्न हो सकती हैं, एपीआई कम से कम सामान्य विभाजक मॉडल मानने के अतिरिक्त , इसे छिपाने के लिए बहुत कम कर सकता है। इस प्रकार, कार्यान्वयन से कुछ गहरे आर्किटेक्चर निर्णय किसी एब्सट्रैक्ट के विशेष तात्कालिकता के उपयोगकर्ताओं के लिए प्रासंगिक हो सकते हैं।

एक अच्छा रूपक परिवहन का एब्सट्रैक्ट है। साइकिल चलाना और कार चलाना दोनों ही परिवहन हैं। उन दोनों में समानताएं हैं (उदाहरण के लिए, आपको गाड़ी चलानी होगी) और शारीरिक अंतर (उदाहरण के लिए, पैरों का उपयोग) है। कोई भी सदैव एब्स्ट्रैक्शन ड्राइव को निर्दिष्ट कर सकता है और कार्यान्वयनकर्ता को यह तय करने दे सकता है कि साइकिल चलाना या कार चलाना सबसे अच्छा है या नहीं। पहिएदार स्थलीय परिवहन फ़ंक्शन को सारगर्भित किया गया है और गाड़ी चलाने के विधि का विवरण समझाया गया है।

पीसी पर एब्स्ट्रैक्शन के उदाहरणों में वीडियो इनपुट, प्रिंटर, ऑडियो इनपुट और आउटपुट, ब्लॉक (डेटा स्टोरेज) (जैसे हार्ड डिस्क ड्राइव या यूएसबी फ्लैश ड्राइव ) आदि सम्मिलित हैं।

कुछ कंप्यूटर विज्ञान डोमेन में, जैसे कि ऑपरेटिंग सिस्टम या एम्बेडेड सिस्टम, एब्स्ट्रैक्शन की उपस्थिति थोड़ी अलग होती है (उदाहरण के लिए, ऑपरेटिंग सिस्टम में अधिक मानकीकृत इंटरफेस होते हैं), किन्तु एब्स्ट्रैक्शन और जटिलता के इनकैप्सुलेशन की अवधारणा समान्य और गहरी है।

हार्डवेयर एब्स्ट्रैक्शन लेयर सॉफ़्टवेयर स्टैक में एप्लिकेशन प्रोग्रामिंग इंटरफ़ेस (एपीआई) के नीचे रहती है, जबकि एप्लिकेशन परत (अधिकांशत: उच्च स्तरीय लैंग्वेज में लिखी जाती है) एपीआई के ऊपर रहती है और एपीआई में फ़ंक्शन को कॉल करके हार्डवेयर के साथ संचार करती है।

ऑपरेटिंग सिस्टम

हार्डवेयर एब्सट्रैक्ट परत (एचएएल) एब्स्ट्रैक्शन लेयर है, जो कंप्यूटर के भौतिक कंप्यूटर हार्डवेयर और उस कंप्यूटर पर चलने वाले कंप्यूटर सॉफ्टवेयर के मध्य सॉफ्टवेयर में प्रयुक्त होती है। इसका कार्य अधिकांश ऑपरेटिंग सिस्टम कर्नेल (ऑपरेटिंग सिस्टम) से हार्डवेयर में अंतर छिपाना है, जिससे अधिकांश कर्नेल-मोड कोड को विभिन्न हार्डवेयर वाले सिस्टम पर चलाने के लिए बदलने की आवश्यकता न हो। जिससे माइक्रोसॉफ्ट विंडोज़ पर, एचएएल को मूल रूप से मदरबोर्ड के लिए ड्राइवर माना जा सकता है और उच्च स्तरीय कंप्यूटर लैंग्वेज के निर्देशों को निचले स्तर के घटकों के साथ संचार करने की अनुमति देता है, किन्तु हार्डवेयर तक सीधी पहुंच को रोकता है।

सीपी/एम (सीपी/एम बायोस), डॉस (डॉस बायोस), सोलारिस (ऑपरेटिंग सिस्टम),लिनक्स, बीएसडी, मैकओएस और कुछ अन्य पोर्टेबल ऑपरेटिंग सिस्टम में भी एचएएल होता है, तथापि इसे स्पष्ट रूप से निर्दिष्ट नहीं किया गया हो। जिसमे कुछ ऑपरेटिंग सिस्टम, जैसे लिनक्स, में चलते समय डालने की क्षमता होती है, जैसे ऑपरेटिंग सिस्टम के लिए अनुकूली डोमेन वातावरण। नेटबीएसडी ऑपरेटिंग सिस्टम को व्यापक रूप से साफ हार्डवेयर एब्स्ट्रैक्शन परत के रूप में जाना जाता है जो इसे अत्यधिक पोर्टेबल होने की अनुमति देता है। इस प्रणाली के भाग के रूप में हैं uvm(9)/pmap(9), bus_space(9), bus_dma(9) और अन्य उपप्रणालियाँ है । लोकप्रिय बसें जो से अधिक आर्किटेक्चर पर उपयोग की जाती हैं, उन्हें भी एब्सट्रैक्ट कर दिया जाता है, जैसे कि इंडस्ट्री स्टैण्डर्ड आर्किटेक्चर, एक्सटेंडेड इंडस्ट्री स्टैण्डर्ड आर्किटेक्चर,, पेरिफ़ेरल कंपोनेंट इंटरकनेक्ट, पीसीआईई इत्यादि, जिससे ड्राइवरों को न्यूनतम कोड संशोधन के साथ अत्यधिक पोर्टेबल होने की अनुमति देता है।

परिभाषित एचएएल वाले ऑपरेटिंग सिस्टम विभिन्न हार्डवेयर में अधिक आसानी से पोर्टेबल होते हैं। यह अंतः स्थापित प्रणाली के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है जो दर्जनों विभिन्न प्लेटफार्मों पर चलते हैं।

माइक्रोसॉफ्ट विंडोज़

विंडोज़ एनटी के आर्किटेक्चर में हार्डवेयर एब्स्ट्रैक्शन लेयर

विंडोज़ एनटी कर्नेल में हार्डवेयर और कार्यकारी सेवाओं के मध्य कर्नेल स्थान में एचएएल होता है जो ntoskrnl.exe या एनटीओएसकेआरएनएल.ईएक्सई फ़ाइल में सम्मिलित होता है जो %WINDOWS%\system32\hal.dll के अंतर्गत। यह विंडोज़ एनटी कर्नेल-मोड कोड को विभिन्न प्रकार के प्रोसेसर, विभिन्न मेमोरी प्रबंधन इकाई आर्किटेक्चर और विभिन्न I/O बस आर्किटेक्चर के साथ विभिन्न सिस्टमों में पोर्टेबिलिटी की अनुमति देता है; जब उन प्रणालियों पर प्रयुक्त निर्देश सेट के लिए संकलित किया जाता है, तो अधिकांश कोड उन प्रणालियों पर बिना बदलाव के चलता है। उदाहरण के लिए, सिलिकॉन ग्राफ़िक्स इंटेल x86-आधारित वर्कस्टेशन आईबीएम पीसी संगत वर्कस्टेशन नहीं थे, किन्तु एचएएल के कारण, विंडोज 2000 उन पर चलने में सक्षम था।

विंडोज विस्टा और विंडोज़ सर्वर 2008 के बाद से, उपयोग किया गया एचएएल स्वचालित रूप से विंडोज विस्टा स्टार्टअप प्रक्रिया के समय निर्धारित होता है।

एएस/400

एचएएल का अतिशय उदाहरण सिस्टम/38 और एएस/400 आर्किटेक्चर में पाया जा सकता है, जो वर्तमान में आईबीएम मैं ऑपरेटिंग सिस्टम में प्रयुक्त है। उन प्रणालियों के लिए अधिकांश कंपाइलर एब्सट्रैक्ट मशीन कोड उत्पन्न करते हैं; जो कि लाइसेंस प्राप्त आंतरिक कोड, या एलआईसी, इस वर्चुअल मशीन कोड को उस प्रोसेसर के लिए मूल कोड में अनुवादित करता है जिस पर यह चल रहा है और परिणामी मूल कोड को निष्पादित करता है। (अपवाद वे कंपाइलर हैं जो स्वयं एलआईसी उत्पन्न करते हैं; वे कंपाइलर आईबीएम के बाहर उपलब्ध नहीं हैं।) यह इतना सफल था कि एलआईसी परत के ऊपर के एप्लिकेशन सॉफ़्टवेयर और ऑपरेटिंग सिस्टम सॉफ़्टवेयर जो मूल एस/38 पर संकलित किए गए थे, बिना किसी संशोधन और बिना पुनर्संकलन के चलते थे। नवीनतम एएस/400 सिस्टम पर, इस तथ्य के अतिरिक्त कि अंतर्निहित हार्डवेयर को नाटकीय रूप से बदल दिया गया है; जो कम से कम तीन अलग-अलग प्रकार के प्रोसेसर उपयोग में हैं।

एंड्रॉइड

एंड्रॉइड ने संस्करण 8.0 "ओरियो" पर एक एचएएल प्रस्तुत किया जिसे "विक्रेता इंटरफ़ेस" (कोडनाम "प्रोजेक्ट ट्रेबल") के रूप में जाना जाता है। यह एंड्रॉइड ओएस फ्रेमवर्क से निम्न-स्तरीय कोड को हटा देता है, और फर्मवेयर अपडेट के विकास को सरल बनाने के लिए उन्हें एंड्रॉइड के भविष्य के संस्करणों का समर्थन करने के लिए आगे संगत बनाया जाना चाहिए। प्रोजेक्ट ट्रेबल से पहले एंड्रॉइड विभिन्न गैर-मानकीकृत विरासत एचएएल पर निर्भर था।

हलियम एंड्रॉइड-आधारित एचएएल है जिसका उपयोग विभिन्न मोबाइल ऑपरेटिंग सिस्टम जैसे उबंटू टच और ल्यूनओएस द्वारा एंड्रॉइड प्री-इंस्टॉल वाले स्मार्टफोन पर चलाने के लिए किया जाता है।

यह भी देखें

• बेसिक इनपुट/आउटपुट सिस्टम (बायोस)
• एकीकृत एक्सटेंसिबल फर्मवेयर इंटरफ़ेस (यूईएफआई)
• फर्मवेयर
• उन्नत कॉन्फ़िगरेशन और पावर इंटरफ़ेस (एसीपीआई)
• डिवाइस ट्री
• बोर्ड सहायता पैकेज (बीएसपी)
• डिवाइसकिट
• हाइकु डिवाइस किट
• एचएएल (सॉफ्टवेयर)
• हार्डवेयर पर निर्भर सॉफ्टवेयर (एचडीएस)
• नैनोकर्नेल
• पिकोकर्नेल
• सुरक्षा वलय

अग्रिम पठन

• "Advanced RISC Computing Specification" (PDF). MIPS Technologies. p. 23. Retrieved 2013-02-26.
• Silberschatz, Abraham; Galvin, Peter Bear; Gagne, Greg (2002). Operating System Concepts (6 ed.). ISBN 0-471-41743-2.