第六章+输入输出系统
输入输出系统简称IO系统(与“系统”有关的文档共6张)
6.1 引 言
1. 输入/输出系统简称I/O系统
包括： I/O设备 I/O设备与处理机的连接
2. I/O系统的重要性
◆ 完成与外部系统的信息交换，是Von Neumann
结构计算机的重要组成部分之一。 ◆ 衡量指标
第一页，共6页。
1／6
6.1 引 言
响应时间（Response Time）
够减少系统响应时间。 仍然会导致CPU处于空闲状态。 CPU性能浪费在I/O上。
第三页，共6页。
3／6
6.1 引 言
例6.1 假设一台计算机的I/O处理占10％，当其CPU性 能改进，而I/O性能保持不变时，系统总体性能会出现什 么变化？
如果CPU的性能提高10倍 如果CPU的性能提高100倍
仍I/O然设会备导与致处C理P机U处的于连空接闲◆状态可。 切换的进程数量有限，当I/O处理较慢时，
◆ 完成与外部系统的信息交换，是Von Neumann
仍然会导致CPU处于空闲状态。 ◆ 完成与外部系统的信息交换，是Von Neumann
结构计算机的重要组成部分之一。 1 I/O系统性能与CPU性能 如果CPU性能提高100倍，程序的计算时间为： CPU性能浪费在I/O上。 ◆ 多进程技术只能够提高系统吞吐率，并不能
解：假设原来的程序执行时间为1个单位时间。如果 CPU的性能提高10倍，程序的计算（包含I/O处理）时 间为：
(1 - 10%)/10 + 10% = 0.19
第四页，共6页。
4／6
6.1 引 言
即整机性能只能提高约5倍，差不多有50％的
CPU性能浪费在I/O上。 如果CPU性能提高100倍，程序的计算时间为： (1 - 10%)/100 + 10% = 0.109
计算机原理 第六章输入输出系统
1
2
3
为保证总线所传输的信息的有效性，总线 信息应具有单一性：在同一时刻至多只能有一 个部件向总线发送信息，但可以有多个部件同 时接收总线信息。
1. 总线电路： 输出挂在总线上的部件需通过“总线电路” 向总线发送信息。
总线电路由三态输出器件（TSL器件）承担。 input TSL control output
1. ISA总线：用于IBM PC/XT 微机系统，(8086)，一共６２根信号线， 其中２０根地址线，８根数据线，４个读写信号，６个中断请求线，３ 路ＤＭＡ请求，还包括时钟、电源线和地等，总线带宽 8.33 MB/s。
２．EISA总线 （80386）， 数据线扩展到了３２位，带宽达到了33.3MB/s。 3. PCI总线：（Peripheral component interconnection）（外围部 件互连） 总线频率为33 MHZ→66MHZ→133MHZ, 可以直接连接高速外部 设备。 同步时序总线，对地址信号和数据信号分时复用， 64根线，采用集中式的总线仲裁方式。 ４．AGP总线（加速图形接口总线） AGP总线把主存和显存连接起来，不再走PCI总线。 ５．USB总线（通用串行总线）主要用于连接低速输入输出设备。 带宽为1.5MB/s。
3. 控制总线CB（Control Bus） 控制总线用来传送各类控制/状态信号。
包括I/O读写命令，MEMR/W存储器读写命令，应答信号，总线请求与 总线使用信号，复位信号，时钟信号等。
4. 电源线
许多总线标准中都包含了电源线的定义，主要有+5V逻辑电源；GND逻 辑电源地；-5V辅助电源；±12V辅助电源。
２．计数器查询方式
在计数器查询方式中，总线上的任一设备申请使用总线时，通过 BR线发出总线请求。
第六章输入输出接口基础(CPU与外设之间的数据传输)
§6.1 接口的基本概念
3、什么是微机接口技术？
处理微机系统与外设间联系的技术 注意其软硬结合的特点 根据应用系统的需要，使用和构造相应的接 口电路，编制配套的接口程序，支持和连接 有关的设备
§6.1 接口的基本概念
4、接口的功能
⑴对I/O端口进行寻址，对送来的片选信号进行 识别；
(2)根据读/写信号决定当前进行的是输入操作还 是输出操作，对输入输出数据进行缓冲和锁存 输出接口有锁存环节；输入接口有缓冲环节 实际的电路常见： 输出锁存缓冲环节、输入锁存缓冲环节
对接口内部寄存器的寻址。
P279
§6.2 CPU与外设之间数据的传送方式
CPU与外设之间传输数据的控制方式通常有 三种： 程序方式:
• 无条件传送方式和有条件传送方式
中断方式 DMA方式
§6.2 CPU与外设之间数据的传送方式
一、程序方式 指用输入/输出指令，来控制信息传输
的方式，是一种软件控制方式，根据程序控 制的方法不同，又可以分为无条件传送方式 和条件传送方式。
输入数据寄存器：保存外设给CPU的数据 输出数据寄存器：保存CPU给外设的数据
⑵ 状态寄存器
保存外设或接口电路的状态
⑶ 控制寄存器
保存CPU给外设或接口电路的命令
§6.1 接口的基本概念
接口电路的外部特性 主要体现在引脚上，分成两侧信号 面向CPU一侧的信号：
用于与CPU连接 主要是数据、地址和控制信号
程序不易阅读（不易分 清访存和访问外设）
00000
I/O 部分
§6.1 接口的基本概念
独立编址方式
FFFFF
优点：
I/O端口的地址空间独立
内存 空间
控制和地址译码电路相对简单 FFFF I/O
第6章 输入输出系统-选择题
第6章输入输出系统(I/O管理)-选择题1.以下关于设备属性的叙述中,正确的是()。
A.字符设备的基本特征是可寻址到字节,即能指定输入的源地址或输出的目标地址B.共享设备必须是可寻址的和可随机访问的设备C.共享设备是指同一时间内允许多个进程同时访问的设备D.在分配共享设备和独占设备时都可能引起进程死锁2.虚拟设备是指()A.允许用户使用比系统中具有的物理设备更多的设备B.允许用户以标准化方式来使用物理设备C.把一个物理设备变换成多个对应的逻辑设备D.允许用户程序不必全部装入主存便可使用系统中的设备3.磁盘设备的1O控制主要采取()方式A.位B.字节C.帧D. DMA4.为了便于上层软件的编制,设备控制器通常需要提供()A.控制寄存器、状态寄存器和控制命令B.1/O地址寄存器、工作方式状态寄存器和控制命令C.中断寄存器、控制寄存器和控制命令D.控制寄存器、编程空间和控制逻辑寄存器5.在设备控制器中用于实现设备控制功能的是()A. CPUB.设备控制器与处理器的接C.I/O逻辑D.设备控制器与设备的接口6.在设备管理中,设备映射表(DMT)的作用是()A.管理物理设备B.管理逻辑设备C.实现输入/输出D.建立逻辑设备与物理设备的对应关系7.DMA方式是在()之间建立一条直接数据通路A.I/O设备和主存B.两个I/O设备C.I/O设备和CPUD.CPU和主存8.通道又称1/O处理机,它用于实现()之间的信息传输。
A.内存与外设B.CPU与外设C.内存与外存D.CPU与外存9.在操作系统中,()指的是一种硬件机制A.通道技术B.缓冲池C. Spooling技术D.内存覆盖技术10.若1O设备与存储设备进行数据交换不经过CPU来完成,则这种数据交换方式是()A.程序查询B.中断方式C.DMA方式D.无条件存取方式11.计算机系统中,不属于DMA控制器的是()A.命令/状态寄存器B.内存地址寄存器C.数据寄存器D.堆指针寄存器12.()用作连接大量的低速或中速1O设备A.数据选择通道B.字节多路通道 D.I/O处理机C.数据多路通道13.在下列问题中,()不是设备分配中应考虑的问题A.及时性B.设备的固有属性C.设备独立性D.安全性14.将系统毎台设备按某种原则统一进行编号,这些编号作为区分硬件和识别设备的代号,该编号称为设备的()A.绝对号B.相对号C.类型号D.符号15.关于通道、设备控制器和设备之间的美系,以下叙述中正确的是()A.设备控制器和通道可以分别控制设备B.对于同一组输入输出命令,设备控制器、通道和设备可以并行工作回C.通道控制设备控制器、设备控制器控制设备工作D.以上答案都不对16.有关设备管理的叙述中,不正确的是()A.通道是处理输入输出的软件B.所有设备的启动工作都由系统统一来做C.来自通道的IO中断事件由设备管理负责处理D.编制好的通道程序是存放在主存中的17.【2010统考真题】本地用户通过健盘登录系统时,首先获得健盘输入信息的程序是()A.命令解释程序B.中断处理程序C.系统调用服务程序D.用户登录程序18. I/O中断是CPU与通道协调工作的一种手段,所以在()时,便要产生中断A.CPU执行“启动I/O”指令而被通道拒绝接收B.通道接收了CPU的启动请求C.通道完成了通道程序的执行D.通道在执行通道程序的过程中19.一个计算机系统配置了2台绘图机和3台打印机、为了正确驱动这些设备,系统应该提供()个设备驱动程序A.5B.3C.2D.120.将系统调用参数翻译成设备操作命令的工作由()完成A.用户层I/OB.设备无关的操作系统软件C.中断处理D.设备驱动程序21.【2017统考真题】系统将数据从磁盘读到内存的过程包括以下操作①DMA控制器发出中断请求②初始化DMA控制器并启动磁盘③从磁盘传输一块数据到内存缓冲区④执行“DMA结束”中断服务程序正确的执行顺序是()A.③→①→②→④B.②→③→①→④C.②→①→③→④D.①→②→①→③22.【2011统考真题】用户程序发出磁盘I/O请求后,系统的正确处理流程是()A.用户程序→系统调用处理程序→中断处理程序→设备驱动程序B.用户程序→系统调用处理程序→设备驱动程序→中断处理程序C.用户程序→设备驱动程序→系统调用处理程序→中断处理程序D.用户程序→设备驱动程序→中断处理程序→系统调用处理程序23.【2012统考真题】操作系统的I/O子系统通常由4个层次组成,每层明确定义了与邻近层次的接口,其合理的层次组织排列顺序是()A.用户级1O软件、设备无关软件、设备驱动程序、中断处理程序B.用户级1O软件、设备无关软件、中断处理程序、设备驱动程序C.用户级1/O软件、设备驱动程序、设备无关软件、中断处理程序D.用户级IO软件、中断处理程序、设备无关软件、设备驱动程序24.【2013统考真题】用户程序发出磁盘I/O请求后,系統的处理流程是:用户程序→系统调用处理程序→设备驱动程序→中断处理程序。
2016华侨大学计算机科学与技术操作系统简答题
简答题一、第一章操作系统引论1.实时系统与分时系统的区别?1)多路性。
1.实时信息处理系统也按分时原则为多个终端用户服务。
2.实施控制系统的多路性则主要表现在系统周期地对多路现场信息进行采集，以及对多个对象或多个执行机构进行控制。
3.分时系统中的多路性则与用户情况有关，时多时少。
2)独立性1.实时信息处理系统中的每个终端用户在向实时系统提出服务请求时，是彼此独立的操作，互不干扰。
2.实时控制系统中，对信息的采集和对象的控制也都是彼此互不干扰。
3)及时性1.实时信息处理系统对实时性的要求与分时系统类似，都是以人所能接受的等待时间来确定的。
2.实时控制系统的及时性，则是以控制对象所要求的开始截至时间或完成截止时间来确定的。
4)交互性1.实时信息处理系统中，人与系统的交互仅限于访问系统中某些特定的专用服务程序2.分时系统可以向终端用户提供数据处理和资源共享服务。
5)可靠性1.分时系统和实时系统均要求系统可靠，实时系统比分时系统更可靠。
2.操作系统的主要功能1)处理机管理1.进程同步：进程同步的主要任务是为多个进程（含线程）的运行进行协调（两种协调方式）a)进程互斥方式b)进程同步方式2.进程通信：进程通信的主要任务就是用来实现在相互合作的进程之间的信息交换。
3.调度：在传统的操作系统中，包括作业调度和进程调度两步2)存储器管理1.内存分配：分为静态和动态两种方式2.内存保护：主要任务是确保没到用户程序都在自己的内存空间内运行，彼此互不干扰。
3.地址映射：逻辑地址和物理地址4.内存扩充3)设备管理1.缓冲管理2.设备分配3.设备处理4)文件管理1.文件存储空间的管理：其主要任务是为每个文件分配必要的外存空间，提高外存的利用率，并能有助于提高问价系统的存取速度.2.目录管理3.文件读写管理与保护5)操作系统与用户的接口1.用户接口a)联机用户接口b)脱机用户接口c)图形用户接口2.程序接口二、第二章进程管理1.进程的特征：由于程序是不能参与并发执行的，为使其并发执行，应为之配置进程控制块1)结构特征1.由程序段，相关的数据段和进程控制块（PCB）三部分构成了进程实体。
第六章 IO接口和总线
1、缓冲器 74LS244
单路基本组成：
真值表 A
B
G#
0
A
1
B
1
0 G
1
0
高阻
0
状态
1A1 1A2
/1G 1A1 2Y4 1A2 2Y3 1A3 2Y2 1A4 2Y1 GND
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1Y1 1Y2 1Y3 1Y4 2Y1 2Y2 2Y3 2Y4
244
20 19 18 17 16 15 14 13 12 11
需要输入设备送入信息，输出设备送出结果，这些输 入输出设备被称为外设。
通信：计算机（CPU）与外设间的数据、状态和控制
命令的交换过程统称为通信。
2、CPU与外设直接通信存在的问题 速度不匹配（CPU快，外设慢） 信号电平不匹配 （CPU使用TTL电平，外设多为机电设备） 信号格式不匹配 （CPU总线上为并行数字量，而外设有串行模拟量等） 时序不匹配 解决方案： 用I/O接口：把外设连接到CPU总线上的一组逻辑电 路的总称。用于协调外设与主机之间的信息交换。
2、译码的常用方法
线选法
利用一根地址线，产生指定的端口地址的选择信号。
A7
PORT1
当A7=1,选中PORT1，地址可为80H 当A6=1,选中PORT2，地址可为40H 当A5=1,选中PORT3，地址可为20H
A6
PORT2
对于PORT1，地址为81H，82H，83H
等仍可选中。
A5
PORT3
无条件输出电路例子 例：假设该端口号为
0# D0
80H，要想让0、2、4、
6号灯亮，如何编写
D1
1D 2D
计算机操作系统第四版-汤小丹-教案
2. 多道批处理系统的优缺点 多道批处理系统的优缺点如下： (1) 资源利用率高。引入多道批处理能使多道程序交替 运行，以保持CPU处于忙碌状态；在内存中装入多道程序可 提高内存的利用率；此外还可以提高I/O设备的利用率。 (2) 系统吞吐量大。能提高系统吞吐量的主要原因可归 结为：① CPU和其它资源保持“忙碌”状态；② 仅当作业 完成时或运行不下去时才进行切换，系统开销小。
图1-4 单道批处理系统的处理流程
2. 单道批处理系统的缺点 单道批处理系统最主要的缺点是，系统中的资源得不到 充分的利用。这是因为在内存中仅有一道程序，每逢该程序 在运行中发出I/O请求后，CPU便处于等待状态，必须在其 I/O完成后才继续运行。又因I/O设备的低速性，更使CPU的 利用率显著降低。图1-5示出了单道程序的运行情况，从图 可以看出：在t2～t3、t6～t7时间间隔内CPU空闲。
图1-2 I/O软件隐藏了I/O操作实现的细节
1.1.3 推动操作系统发展的主要动力 1．不断提高计算机资源利用率 2. 方便用户 3. 器件的不断更新换代 4. 计算机体系结构的不断发展 5. 不断提出新的应用需求
1.2 操作系统的发展过程
在20世纪50年代中期，出现了第一个简单的批处理OS； 60年代中期开发出多道程序批处理系统；不久又推出分时系 统，与此同时，用于工业和武器控制的实时OS也相继问世。 20世纪70到90年代，是VLSI和计算机体系结构大发展的年代， 导致了微型机、多处理机和计算机网络的诞生和发展，与此 相应地，也相继开发出了微机OS、多处理机OS和网络OS， 并得到极为迅猛的发展。
目录
第一章 操作系统引论 第二章 进程的描述与控制 第三章 处理机调度与死锁 第四章 存储器管理 第五章 虚拟存储器 第六章 输入输出系统 第七章 文件管理 第八章 磁盘存储器的管理 第九章 操作系统接口 第十章 多处理机操作系统 第十一章 多媒体操作系统 第十二章 保护和安全
操作系统题目第6章
第六章输入输出系统1、通过硬件和软件的功能扩充，把原来独占的设备改造成若干用户共享的设备，这种设备称为（）。
A、存储设备B、系统设备C、虚拟设备D、用户设备2、CPU输出数据的速度远远高于打印机的打印速度，为解决这一矛盾，可采用（）。
A、并行技术 B.通道技术C、缓冲技术D、虚存技术3、为了使多个进程能有效的同时处理I/O，最好使用（）结构的缓冲技术。
A、缓冲池B、单缓冲区C、双缓冲区D、循环缓冲区4、磁盘属于①（），信息的存取是以②（）单位进行的，磁盘的I/O控制主要采取③（）方式，打印机的I/O控制主要采取③（）方式。
①A、字符设备 B、独占设备 C、块设备D、虚存设备②A、位(bit) B、字节C、桢D、固定数据块③A、循环测试 B、程序中断 C、DMA D、SPOOLing5、下面关于设备属性的论述中正确的为（）。
A、字符设备的一个基本特征是不可寻址的，即能指定输入时的源地址和输出时的目标地址B、共享设备必须是可寻址的和可随机访问的设备C、共享设备是指在同一时刻内，允许多个进程同时访问的设备D、在分配共享设备和独占设备时，都可能引起进程死锁6、下面关于虚拟设备的论述中，正确的是（）。
A、虚拟设备是指允许用户使用比系统中具有的物理设备更多的设备B、虚拟设备是指把一个物理设备变成多个对应的逻辑设备C、虚拟设备是指允许用户以标准化方式来使用物理设备D、虚拟设备是指允许用户程序不必全部装入内存便可使用系统中的设备7、通道是一种特殊①（），具有②（）能力，它用于实现③（）之间的信息传输。
①A、I/O设备B、设备控制器C、处理机D、I/O控制器②A、执行I/O指令集 B、执行CPU指令集C、传输I/O指令D、运行I/O进程③A、内存与外设B、CPU与外设C、内存与外存D、CPU与外存8、为实现设备分配，应为每类设备设置一张①（），在系统中配置一张①（），为实现设备的独立性，系统中应设置一张②（）。
①A、设备控制表B、控制器控制表C、系统设备表D、设备分配表②A、设备开关表B、I/O请求表C、系统设备表D、逻辑设备表9、下面不适合于磁盘调度算法的是（）。
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第六章 输入输出系统
图6-2 I/O系统中各种模块之间的层次视图
12
第六章 输入输出系统
2) I/O系统的分层 与前面所述的I/O软件组织的层次结构相对应，I/O系统 本身也可分为如下三个层次： (1) 中断处理程序。 (2) 设备驱动程序。 (3) 设备独立性软件。
13
第六章 输入输出系统
旦把这类设备分配给了某进程后，便由该进程独占，直至用 完释放。典型的独占设备有打印机、磁带机等。系统在对独 占设备进行分配时，还应考虑到分配的安全性。
(2) 共享设备，是指在一段时间内允许多个进程同时访 问的设备。典型的共享设备是磁盘，当有多个进程需对磁盘 执行读、写操作时，可以交叉进行，不会影响到读、写的正 确性。
22
第六章 输入输出系统
输入/输出的完成情况与设备的状态信息均由控制器存放 在自己的状态寄存器中，当控制器完成与设备之间的数据交 换后，它将产生一个中断；CPU可通过读控制器中的寄存器 来了解操作的结果和设备的状态。
由于I/O设备的速率较低，而CPU和内存的速率却很高， 故在控制器中还须设置一些数据缓冲寄存器，在输出 时它们 用来暂存由主机传来的数据，然后才以I/O设备所具有的速 率，将缓冲器中的数据传送给I/O设备；在输入 时用来暂存 从I/O设备传来的数据，待接收到一批数据后，再将缓冲器 中的数据高速地传给主机。
4) 按设备的共享属性分类 独占：如临界资源 共享：磁盘 虚拟：如本身因有属性为独占，但将其虚拟为几个
逻辑设备
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第六章 输入输出系统
2. 设备与控制器之间的接口 通常，设备并不是直接与CPU进行通信，而是与设备控 制器通信，因此，在I/O设备中应含有与设备控制器间的接口， 在该接口中有三种类型的信号(见图6-3所示)，各对应一条信 号线。 (1) 数据信号线：双向，有缓存 (2) 控制信号线：控制器发给设备；要求其完成相关操作 (3) 状态信号线：设备发给控制器，后者“显示”
图6-1 I/O系统的层次结构
10
第六章 输入输出系统
2. I/O系统中各种模块之间的层次视图 为了能更清晰地描述I/O系统中主要模块之间的关系， 我们进一步介绍I/O系统中各种I/O模块之间的层次视图。见 图6-2所示。 1) I/O系统的上、下接口 (1) I/O系统接口。 (2) 软件/硬件(RW/HW)接口。
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第六章 输入输出系统
3. 网络通信接口 在现代OS中，都提供了面向网络的功能。但首先还需要 通过某种方式把计算机连接到网络上。同时操作系统也必须 提供相应的网络软件和网络通信接口，使计算机能通过网络 与网络上的其它计算机进行通信或上网浏览。
16
第六章 输入输出系统
6.2 I/O设备和设备控制器
6
第六章 输入输出系统
4. 对I/O设备进行控制 对I/O设备进行控制是驱动程序的功能。目前对I/O设备
有四种控制方式：① 采用轮询的可编程I/O方式；② 采用中 断的可编程I/O方式；③ 直接存储器访问方式；④ I/O通道方 式。
7
第六章 输入输出系统
5. 确保对设备的正确共享 从设备的共享属性上，可将系统中的设备分为如下两类： (1) 独占设备，进程应互斥地访问这类设备，即系统一
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第六章 输入输出系统
6.2.2 设备控制器 1. 设备控制器的基本功能 接收CPU命令，控制I/O设备工作，解放CPU。 (1) 接收和识别命令 应有相应的Register来存放命令（“命令寄存器”）。 (2) 数据交换 CPU──控制器的数据寄存器──设备。 (3) 标识和报告设备的状态 设备控制器中应用“状态寄存器”。
26
第六章 输入输出系统
图6-4 设备控制器的组成
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第六章 输入输出系统
6.2.3 内存映像I/O I/O寄存器的访问方式 CPU可通过两种方式来读写设备控制器内的寄存器： 1. 利用特定的I/O指令 在早期的计算机中，包括大型计算机，为实现CPU和设
备控制器之间的通信，为每个控制寄存器分配一个I/O端口， 并通过专门的I/O指令来读写控制器的寄存器。如：
6.1.3 I/O系统接口 在I/O系统与高层之间的接口中，根据设备类型的不同，
又进一步分为若干个接口。在图6-2中示出了块设备接口、 字符(流)设备接口和网络接口。
1. 块设备接口 (1) 块设备。 (2) 隐藏了磁盘的二维结构。 (3) 将抽象命令映射为低层操作。
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第六章 输入输出系统
2. 流设备接口 流设备接口是流设备管理程序与高层之间的接口。该接 口又称为字符设备接口，它反映了大部分字符设备的本质特 征，用于控制字符设备的输入或输出。 (1) 字符设备。 (2) get和put操作。 (3) in-control指令。
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第六章 输入输出系统
6.2.1 I/O设备 1. I/O设备的类型 1) 按使用特性分类 存储设备：也称外存或后备存储器 I/O设备：可分为输入设备和输出设备
2) 按传输速率分类 低速设备：如键盘、鼠标 中速设备：如打印机 高速设备：如磁盘
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第六章 输入输出系统
3) 按信息交换的单位分类 块设备：磁盘，速率高可寻址 字符设备：打印机，速率低不可寻址
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第六章 输入输出系统
图6-3 设备与控制器间的接口
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第六章 输入输出系统
设备控制器是CPU与I/O设备之间的硬件接口，它接收从 CPU发来的命令，并去控制一个或多个设备。
在微型机和小型机中，它通常是一块可以插入主板扩展 槽的印刷电路板，也叫接口卡。
设备控制器中设有一组寄存器，CPU通过向其中的控制 寄存器写命令字来执行I/O操作，如果某个命令带有参数， 则还需将这些参数写到控制器的相应寄存器中。接收到命令 后，设备控制器将按命令的要求独立地去控制指定的设备进 行输入/输出，CPU可转去执行其他工作。
第六章 输入输出系统
第六章 输入输出系统
6.1 I/O系统的功能、模型和接口 6.2 I/O设备和设备控制器 6.3 中断机构和中断处理程序 6.4 设备驱动程序 6.5 与设备无关的I/O软件 6.6 用户层的I/O软件 6.7 缓冲区管理 6.8 磁盘存储器的性能和调度 习题
1
第六章 输入输出系统
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第六章 输入输出系统
图6-6 字节多路通道的工作原理
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第六章 输入输出系统
2) 数组选择通道 字节多路通道不适于连接高速设备，这推动了按数组方
式进行数据传送的数组选择通道的形成。
3) 数组多路通道 数组选择通道虽有很高的传输速率，但它却每次只允许
一个设备传输数据。数组多路通道是将数组选择通道传输速 率高和字节多路通道能使各子通道(设备)分时并行操作的优 点相结合而形成的一种新通道。
37
第六章 输入输出系统
6.3 中断机构和中断处理程序
中断的基本概念 程序中断方式的基本IO接口 单级中断 多级中断 中断控制器 PC系列机中断机制
4. 通道方式
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第六章 输入输出系统
6.1 I/O系统的功能、模型和接口
I/O系统是用于实现数据输入、输出和存储的系统，管 理的主要对象是I/O设备和相应的设备控制器。其最主要的 任务是，完成用户提出的I/O请求，提高I/O速率，以及提高 设备的利用率，并能为更高层的进程方便地使用这些设备提 供手段。
CPU只需发送I/O命令给通道，通道通过调用内存中的相应 通道程序完成任务。
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第六章 输入输出系统
2. 通道类型 1) 字节多路通道
这是一种按字节交叉方式工作的通道。它通常都含有许 多非分配型子通道，其数量可从几十到数百个，每一个子通 道连接一台I/O设备，并控制该设备的I/O操作。这些子通道 按时间片轮转方式共享主通道。
便用户对设备的使用。与设备的无关性是在较晚时才实现的， 这是在隐藏物理设备细节的基础上实现的。
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第六章 输入输出系统
3. 提高处理机和I/O设备的利用率 在一般的系统中，许多I/O设备间是相互独立的，能够
并行操作，在处理机与设备之间也能并行操作。因此，I/O 系统的第三个功能是要尽可能地让处理机和I/O设备并行操 作，以提高它们的利用率。为此，一方面要求处理机能快速 响应用户的I/O请求，使I/O设备尽快地运行起来；另一方面 也应尽量减少在每个I/O设备运行时处理机的干预时间。
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第六章 输入输出系统
6.1.1 I/O系统的基本功能 1. 隐藏物理设备的细节
I/O设备的类型非常多，且彼此间在多方面都有差异， 诸如它们接收和产生数据的速度，传输方向、粒度、数据的 表示形式及可靠性等方面。
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第六章 输入输出系统
2. 与设备的无关性 隐藏物理设备的细节，在早期的OS中就已实现，它可方
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第六章 输入输出系统
(4) 地址识别 CPU通过“地址与设备通信，设备控制器应能识别它 所控制的设备地址以及其各寄存器的地址。
(5) 数据缓冲区 CPU──控制器的缓冲区──设备。
(6) 差错控制 检查I/O设备传送来的数据，有错重传。
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第六章 输入输出系统
2. 设备控制器的组成 由于设备控制器位于CPU与设备之间，它既要与CPU通 信，又要与设备通信，还应具有按照CPU所发来的命令去控 制设1) 设备控制器与处理机的接口。 (2) 设备控制器与设备的接口。 (3) I/O逻辑。
考研大纲要求
(一) I/O系统基本概念
(二) 外部设备
(三) I/O接口(I/O控制器)
1. I/O接口的功能和基本结构
2. I/O端口及其编址
(四) I/O方式
中断的基本概念
1. 程序查询方式 中断响应过程
2. 程序中断方式 中断处理过程
3. DMA方式
多重中断和中断屏蔽的概念