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1.输入输出的基本概念:将数据输入计算机,或将数据从接收计算机输出到外部设备

2.I/O设备的组成:机械部分(硬件)、电子部分(软件)——I/O控制器和设备控制器。

3.输入/输出控制器:

功能:接收和识别CPU命令,向CPU报告设备状态,数据交换,地址识别。

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I/O控制模式:

(1)程序直接控制模式(一次读/写一个字)

过程:CPU通过控制线向I/O控制器发送指令,然后I/O控制器启动I/O设备。

将相应的状态寄存器设置为1(表示设备未准备好接收数据),

输入设备将数据传输到I/O控制器,报告其自身的状态,

然后,I/O控制器将数据传输到数据寄存器,并将I/O寄存器的状态修改为0(表示设备就绪)。

其次,CPU将数据寄存器的内容读入自己的寄存器,最后读入内存。

优点:实现简单,缺点:CPU和设备是串行的,每一轮检查状态寄存器都可能导致“忙”,所以CPU利用率低。

(2)中断驱动模式(一次读/写一个字)

过程:CPU通过控制线向I/O控制器发送指令,

CPU阻止这个I/O过程并将相应的状态寄存器设置为1(表示设备没有准备好接收数据),

输入设备将数据传输到I/O控制器,报告其自身的状态,

然后,I/O控制器将数据传输到数据寄存器,并将I/O寄存器的状态修改为0(表示设备就绪)。

I/O控制器向CPU发送中断命令,CPU将数据寄存器的内容读入自己的寄存器,最后读入内存。

优点:CPU和I/O设备可以并行工作。缺点:I/O操作前后都有CPU介入,但是每次读字都有CPU频繁介入。

(3)DMA模式(传输块)

过程:CPU通过控制线向I/O控制器发送指令和一个内存地址,I/O控制器通知设备。

设备将数据块临时传输到数据寄存器,并修改状态寄存器。

DMA控制器将数据传输到CPU之前给定的内存中,然后向CPU发送中断命令,告诉CPU之前的命令已经执行完毕。

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优点:CPU和I/O设备可以并行工作。缺点:多个块必须是连续的,每个I/O指令操作一个块,离散块需要频繁中断。

(4)信道控制模式(一组数据块)

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通道是专用于I/O的处理器,是硬件,不同于之前的流水线(缓冲区,软件)。

I/O通道直接操作存储器中的通道程序,并将来自设备的输入数据直接传输到存储器。

4.输入输出软件层次结构

(1)用户层软件:实现用户交互界面,通过库函数实现系统调用。

(2)设备无关软件:与底层硬件层无关的操作,对上层的封装操作,对上层的调用接口,设备保护,容错处理,设备分配与恢复,数据缓冲区管理,逻辑设备与物理设备之间的映射。

(3)设备驱动:CPU指令相同,负责控制硬件设备,将CPU指令转化为设备操作。驱动程序作为一个独立的进程存在。

(4)中断处理程序(I/O中断响应):IO完成后,发送中断信号,执行中断处理程序,直接操作硬件。

5.假脱机技术

解决投入产出效率不平衡问题:缓冲区思想,缓冲区满了就放入投入井。

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6.I/O设备的分配和恢复(在设备独立软件层处理)

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