计算机组成原理笔记——I/O系统

Posted 2021-12-06 Lora青蛙

基本概念和作用

输入输出系统是计算机系统中的主机与外部进行通信的系统。它由外围设备和输入输出控制系统两部分组成，是计算机系统的重要组成部分。外围设备包括输入设备、输出设备和磁盘存储器、磁带存储器、光盘存储器等。从某种意义上也可以把磁盘、磁带和光盘等设备看成一种输入输出设备，所以输入输出设备与外围设备这两个名词经常是通用的。在计算机系统中，通常把处理机和主存储器之外的部分称为输入输出系统，输入输出系统的特点是异步性、实时性和设备无关性。

1、概念I/O系统,英文全称为“Input output system”，中文全称为“输入输出系统”，由输入输出控制系统和外围设备两部分组成，是计算机系统的重要组成部分。在计算机系统中，通常把处理器和主存储器之外的部分称为输入输出系统。

2、作用：对指定外设进行i/o操作，同时完成许多其他的控制。包括外设编址，数据通路的建立，向主机提供外设的状态信息等。

3、结构输入输出控制系统：在计算机中对外围设备实施控制的系统。主要功能是：向外围设备发送动作命令、控制输入输出数据的传送、检测外围设备的状态。输入输出设备必须通过该系统同中央处理器和主存储器交换数据。

I/O方式

I/O控制方式主要有程序查询方式、中断方式、DMA方式和I/O通道控制方式。

程序查询方式也称为程序轮询方式，该方式采用用户程序直接控制主机与外部设备之间输入/输出操作。CPU必须不停地循环测试I/O设备的状态端口，当发现设备处于准备好(Ready)状态时，CPU就可以与I/O设备进行数据存取操作。

中断方式。当I/O设备结束(完成、特殊或异常)时，就会向CPU发出中断请求信号，CPU收到信号就可以采取相应措施。当某个进程要启动某个设备时，CPU就向相应的设备控制器发出一条设备I/O启动指令，然后CPU又返回做原来的工作。

DMA(直接内存存取)方式。DMA方式，Direct Memory Access，也称为成组数据传送方式，有时也称为直接内存操作。DMA方式在数据传送过程中，没有保存现场、恢复现场之类的工作。
由于CPU根本不参加传送操作，因此就省去了CPU取指令、取数、送数等操作。内存地址修改、传送字 个数的计数等等，也不是由软件实现，而是用硬件线路直接实现的。所以DMA方式能满足高速I/O设备的要求，也有利于CPU效率的发挥。其思想是：允许主存储器和I/O设备之间通过“DMA控制器(DMAC)”直接进行批量数据交换，除了在数据传输开始和结束时，整个过程无须CPU的干预。

I/O通道控制方式。通道(Channel)也称为外围设备处理器、输入输出处理机，是相对于CPU而言的。是一个处理器。也能执行指令和由指令的程序，只不过通道执行的指令是与外部设备相关的指令。是一种实现主存与I/O设备进行直接数据交换的控制方式。