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Il controller è il circuito elettronico di input/output, che opera da interfaccia tra CPU e uno o più dispositivi di imput/output. Può essere integrato nella periferica, come nel caso degli hard disk IDE (Integrated Drive Electronics), o separato in forma di scheda di espansione, oppure integrato nella scheda madre. Ogni controller di dispositivo ha un suo buffer locale. La CPU sposta i dati dalla memoria centrale nei buffer locali e poi i dispositivi di I/O inseriscono o prelevano i dati dai buffer. La sua funzione è quindi quella di gestire e trasferire dati tra dispositivo e memoria principale oppure tra dispositivo e i propri registri (buffer). Nel primo caso quindi, se i dati necessari alla CPU non sono nella RAM, il controller provvederà al loro trasferimento. Un secondo schema è quello di lasciare i dati nei registri del controller, senza portarli nella RAM, facendo considerare i registri come parte del normale spazio di indirizzamento della memoria principale. Lo schema, denominato memory mapped I/O, permette alla CPU di inviare sul bus della memoria principale l'indirizzo e i dati per un dispositivo di I/O. Queste informazioni verranno ignorate dalla memoria principale, ma saranno memorizzate dal controller del dispositivo di I/O, e utilizzate come un comando per uno specifico output (stampa o visualizzazione dei pixel). Attraverso il controller DMA inoltre, mentre vengono trasferiti i dati con la memoria principale, la CPU può eseguire internamente l'esecuzione dei dati in cache.
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