I/O系统基本概念

基本概念

I/O硬件

现代计算机的结构

“I/O”就是"输入/输出"

IO设备就是可以将数据输入到计算机，或者可以接收计算机输出数据的外部设备。

常见的IO设备

 

主机如何与I/O设备进行交互？ 

 I/O接口：又称I/O控制器（I/O Controller）、设备控制器，负责协调主机与外部设备之间的数据传输

I/O硬件包括外部设备、I/O接口、I/O总线等。 

 

I/O软件

 I/O软件包括驱动程序、用户程序、管理程序、升级补丁等。

通常采用I/O指令和通道指令实现主机和I/O设备的信息交换。

(1)I/O指令   CPU指令的一部分

注：I/O指令与普通指令格式略有不同，操作码指明了CPU要对IO接口做什么，命令码指明了IO接口要对设备做什么 

(2)通道指令  通道能识别的指令

通道程序提前编制好放在主存中

在含有通道的计算机中，CPU执行I/O指令对通道发出命令，由通道执行一系列通道指令，代替CPU对I/O设备进行管理

I/O控制方式

 

CPU如何控制键盘I/O的完成？通过下面四种方式 

程序查询方式

CPU不断轮询检查I/O控制器中的“状态寄存器”，检测到状态为“”已完成之后，再从数据寄存器取出输入数据

这种方式CPU等待的时间较长，利用率太低。

程序中断方式

等待键盘 I/O时CPU可以先去执行其他程序，键盘I/O完成后I/O控制器向CPU发出中断请求，CPU响应中断请求，并取走输入数据。

这种方式如果对于快速 I/O设备，如“磁盘”，每准备好一个字就给CPU发送一次中断请求，会导致CPU需要花大量的时间来处理中断服务程序，CPU利用率严重下降。

DMA控制方式

DMA控制方式：主存与高速I/O设备之间有一条直接数据通路（DMA总线） 。CPU向DMA接口发出“读/写”命令，并指明主存地址、磁盘地址、读写数据量等参数。

DMA控制器自动控制磁盘与主存的数据读写，每完成一整块数据读写（如1KB为一整块），才向CPU发出一次中断请求。

通道控制方式

有的商用中型机、大型机可能会接上超多的I/0设备，如果都让CPU来管理，那么CPU就太累了..这时就引入了通道控制方式。

通道：可以理解为是“弱鸡版的CPU”。通道可以识别并执行一系列通道指令，通道指令种类、功能通常比较单一 

通道方式：通过IO指令启动通道，通道执行通道指令序列，通道程序放在主存中