io技术通道
主板上的IO总线
缺省中断设置：（按中断优先级次序排列，二个8259A串联）
IRQ IRQ0 1 2 8 9 10 11 12 13 14 15 3 4 5 6 7 标准功能 系统定时 键盘控制器 内部中断控制器级联，因此下面为另一8259A的中断请求IRQ[8:15] 实时时钟 插卡可用。接原8位ISA槽的IRQ2脚。（现可用于网卡（LAN）） 插卡可用。（现可用于USB） 插卡可用。（现可用于SCSI硬盘卡） PS2鼠标 浮点处理器报错 基本IDE硬盘 第二IDE接口（硬盘或CDROM、磁带机） 串口2（COM2） 串口1（COM1） 并口2（LPT2）（通常用于插卡） 软驱 并口1（LPT1）
2.1
ISA总线信号定义 （续）
– IOCHRDY – 当从设备未准备好传送数据时，变低。使主设备展宽读/写控制波。准备好后 变高，主设备可结束读/写控制信号。 – MEMCS16#、IOCS16# - 为L时，从设备通知主设备/芯片可作 存储器空间、 IO空间的16位访问。 – ZEROWS# - 零等待。从设备通知主设备存储器访问周期（16/8位访问）可缩短到2/3个 SYSCLK周期。也可不用，上拉至高电平。
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二、ISA（工业标准体系结构）总线
1981年IBM PC引入8位总线；1984年IBM PC/AT扩展到16位 最大标准速度8.33MHz；最高数据传输率8MB/s（最少要用两个周期传二个字节）
ห้องสมุดไป่ตู้2.1 ISA总线信号定义
系统 – SYSCLK (I) – PC/AT时钟，8.33MHz，很少使用(现由PCI时钟四分频)。 – OSC (I) – 14.318MHz 时钟 (三分频为原PC/XT的SYSCLK 4.77MHz) – RESET (I) – 复位 地址/数据 – DATA[15:0] (I/O) –系统数据 – SA[19:0] (I/O) – 系统地址 – LA[23:17] (I/O) – 系统锁存地址(原为非锁存地址,用BALE锁存，现地址锁存器在南桥) – SBHE# (I/O) – 允许传输高字节(16位系统中与SAO一起控制16位/低字节/高字节传送) SA0-SBHE# = 00 传16位；SA0-SBHE# = 01 传低字节；SA0-SBHE# = 10 传高字节。 接口控制 – MEMR#、MEMW#、IOR#、IOW# –访问存储器空间、IO空间的读/写控制，直接控制据传送。 – SMEMR#、SMEMW# - 标准存储器读/写控制。可用于 1MB以下存储空间（00000000 – 000FFFFFh）的访问。分别为MEMR#、MEMW#的延迟（小于16ns） – AEN – 地址允许。DMA传送时用以封锁CPU（南桥）或其它主设备对地址/数据总线的占用。 I/O访问时必需为低（无DMA传送） – BALE – 用于锁存LA[23：17]。BLAE的下降边锁存 （访问存储器空间时，可扩大到16MB）
nio中的io多路复用原理
nio中的io多路复用原理IO多路复用是一种通过单线程管理多个IO操作的机制，它可以提高系统的并发能力和效率。
在Java中，NIO（New IO）提供了一种IO多路复用的实现方式。
NIO是以事件驱动的方式工作，通过选择器（Selector）来管理多个通道（Channel），实现了单线程管理多个IO操作的目的。
我们先来了解一下NIO中的一些核心概念。
1. 通道（Channel）：通道是NIO中的基础概念，它负责连接数据源和目标，可以是文件、网络Socket等。
通道可以读取和写入数据。
2. 缓冲区（Buffer）：缓冲区是一个容器，用来存储数据。
在NIO 中，数据的读取和写入都是通过缓冲区来实现的。
3. 选择器（Selector）：选择器是NIO中的核心组件，它负责管理多个通道。
选择器会监听通道上的事件，并根据事件的类型来选择感兴趣的通道进行处理。
在NIO中，使用IO多路复用的方式可以实现一个线程同时管理多个通道的读写操作。
具体的实现步骤如下：1. 创建一个选择器（Selector）。
2. 将通道注册到选择器上，并指定感兴趣的事件类型（如读事件、写事件等）。
3. 循环监听选择器上的事件。
当有事件发生时，选择器会将事件添加到一个事件集合中。
4. 遍历事件集合，处理每个事件。
5. 根据事件的类型，进行相应的读写操作。
6. 重复步骤3-5，实现多个通道的并发处理。
通过使用选择器（Selector）和通道（Channel），NIO可以实现高效的IO多路复用。
相比于传统的阻塞IO方式，NIO的IO多路复用可以大大提高系统的并发能力和效率。
需要注意的是，在使用NIO的IO多路复用时，我们需要对事件进行适当的处理。
例如，如果一个通道已经准备好读取数据，我们需要及时将数据读取出来并进行处理，否则可能会导致数据丢失或其他错误。
总结一下，NIO中的IO多路复用是一种通过单线程管理多个IO操作的机制。
通过使用选择器（Selector）和通道（Channel），NIO 可以实现高效的IO多路复用。
计算机组成原理——IO接口以及IO设备数据传送控制方式
计算机组成原理——IO接⼝以及IO设备数据传送控制⽅式接⼝可以看作是两个部件之间交接的部分。
硬件与硬件之间有接⼝，硬件与软件之间有接⼝，软件与软件之间也有接⼝。
这⾥我们所说的I/O接⼝，⼀边连接着主机，⼀边连接着外设。
I/O接⼝的功能I/O接⼝的基本结构CPU和外设之间通常传递的信息：数据、状态、控制。
组成:寄存器组、控制逻辑电路、主机与接⼝和接⼝与I/O设备之间的信号联接线、数据地址线、控制状态信号线。
其实中间红框内的部分就是对应到电路板上的插⼝，⼜分为内部接⼝和外部接⼝两种。
内部接⼝：与系统总线相连，实质上是与内存、CPU相连。
数据的传输⽅式也只能是并⾏传输。
外部接⼝：通过接⼝电缆与外设相连，外部接⼝的数据传输可能是串⾏⽅式，因此I/O接⼝需具有串并转换功能。
接⼝与端⼝接⼝就是I/O接⼝，端⼝实质接⼝电路中可以被CPU访问的寄存器。
I/O端⼝及其编址为了便于CPU对I/O设备进⾏寻址和选择，必须给众多的I/O设备进⾏编址，也就是说给每⼀台设备规定⼀些地址码，称之为设备号或端⼝地址。
统⼀编址：与存储器共⽤地址，⽤访存指令访问I/O设备。
独⽴编址：单独使⽤⼀套地址，有专门的I/O指令。
接⼝类型I/O设备数据传送控制⽅式1.程序直接控制传送⽅式⼜叫查询⽅式。
是完全通过程序来控制主机和外围设备之间的信息传送。
通常的办法是在⽤户的程序中安排⼀段由输⼊输出指令和其他指令所组成的程序段直接控制外围设备的⼯作。
也就是说CPU要不断地查询外围设备的⼯作状态，⼀旦外围设备“准备好”或“不忙”，即可进⾏数据的传送。
该⽅法是主机与外设之间进⾏数据交换的最简单、最基本的控制⽅法。
⽆条件传送：只有在外设总处于准备好状态程序查询⽅式优点：较好协调主机与外设之间的时间差异，所⽤硬件少。
缺点：主机与外设只能串⾏⼯作，主机⼀个时间段只能与⼀个外设进⾏通讯，CPU效率低。
程序查询⽅式接⼝结构：⼀次只能查询⼀个字的原因？在这种传送⽅式下，外部数据是要存到CPU寄存器中的，故需要⼀个字。
IO管理
t
磁头总共移动632个磁道，平均寻道长度79
示例：假定开始磁头位于168号磁道，有如下的 请求序列:201,288,140,225,117,227,168,170
117 140 168 170 201 225 227 288
t
公平、简单，但是平均寻道时间较长
最短寻道时间优先SSTF 优先选择请求队列中柱面离磁头最 近的请求，使每次寻道时间最短。
输入输出（I/O）管理
操作系统原理
主要内容
I/O控制方式
高速缓存与缓冲区
假脱机技术（spooling） 磁盘组织与管理
I/O控制方式
1. 程序I/O方式
处理机向控制器发出一条I/O指令启动输入设备输入数据 时，同时把状态寄存器中的忙/闲标志busy臵为1，然后便不 断地循环测试busy。 当busy=1时，表示输入机尚未输完一个字(符)，处理机 应继续对该标志进行测试，直至busy=0，表明输入机已将输 入数据送入控制器的数据寄存器中。于是处理机将数据寄存 器中的数据取出，送入内存指定单元中，这样便完成了一个 字(符)的I/O。接着再去启动读下一个数据，并臵busy=1。
示例：假定开始磁头位于168号磁道，有如下的请 求序列:201,288,140,225,117,227,168,170
117 140 168 170 201 225 227 288
t
磁头总共移动226个磁道，平均寻道长度28.3
示例：假定开始磁头位于168号磁道，有如下的请 求序列:201,288,140,225,117,227,168,170
在I/O设备输入每个数据的过程中，由于无需CPU干预， 因而可使CPU与I/O设备并行工作。仅当输完一个数据时，才 需CPU花费极短的时间去做些中断处理。可见，这样可使CPU 和I/O设备都处于忙碌状态，从而提高了整个系统的资源利 用率及吞吐量。
关于设备控制器和IO通道的理解
关于设备控制器和IO通道的理解设备控制器设备控制器是CPU 与 I/O 设备之间的接⼝，它接收 CPU 发来的命令，去控制 I/O 设备⼯作，使 CPU 从繁杂的设备控制事务中解放出来。
当 CPU 要操作 I/O 设备时，⾸先要启动这个设备，⼀⽅⾯将启动命令发送给设备控制器，另⼀⽅⾯通过地址线将 I/O 设备的地址发给设备控制器，设备控制器的 I/O 逻辑对收到的地址进⾏译码，再根据所译出的命令对相应的设备进⾏操作。
由此看来，I/O 设备控制器的作⽤是译码器+执⾏器。
CPU 对 I/O 的操作命令并不是只有⼀条，⽽是多条的，因此操作⼀次 I/O 设备，⾸先 CPU 向设备控制器发送⼀条条命令，设备控制器接收到⼀条条命令，然后译码、执⾏。
因此设备控制器⼀定程度上使 CPU 从 I/O 控制上解脱了出来，但并未完全解脱。
这就有了 I/O 通道的产⽣。
I/O通道关于 I/O 通道的⼯作流程详见这篇。
I/O 通道实际上是⼀种特殊的处理机，并且其与 CPU 共享内存。
当 CPU 要操作某个 I/O 设备时，它并不需要⼀条条将 I/O 指令（称为通道程序）发送给设备控制器，只需要向通道发出 I/O 指令，指明这⼀条条指令在内存的什么地⽅，并且指明要操作的是哪个设备，然后 CPU 就可以去忙别的事情了。
I/O 通道接收要 CPU 发送来的这些信息之后，就可以从内存中找到并执⾏这个通道程序，即发送启动命令和⼀条条 I/O 命令给设备控制器；当对 I/O 设备的操作完成之后，通道向 CPU 发出中断信号，告诉 CPU 相应的操作已经完成。
由此看出，I/O 通道作为⼀种特殊的处理机（实际上就相当于早期的外围机），承担了原来 CPU 处理 I/O 操作的⼀部分功能，使得 CPU 从 I/O 操作种解放出来，CPU 和对 I/O 操作可以并⾏。
在引⼊ I/O 通道之后，I／O 系统结构形成了四级结构：最低级为I／O设备，次低级为设备控制器，次⾼级为I／O通道，最⾼级是 CPU。
SCADA系统培训---IO接口与数据采集技术
Common-Mode Voltages or High Voltages
Optical Isolation
图3.1 数字信号调理示意图
2、模拟信号及其调理
0.985 t t f
直流信号
时域信号
频域信号
Temperature Pressure Flow Strain
ECG Blood pressure Single-shot events Chromatograph
Vibration Speech Sonar
DAQ卡需要考虑的指标参数
DC 精度 分辨率 采样率 AC 和 DC 精度 触发 分辨率 采样率 AC 精度 触发 滤波器
各种模拟信号调理
低电压信号 隔离 放大 噪声滤波
电流输入/输出
电流与电压的转换; 隔离，放大，噪声滤波
RTDs 和热敏电阻
激励电源 隔离，放大，噪声滤波
Production Monitoring or Process Control Proximity Switches Limit Switches Thermostats Manual Switches
Electromechanical Relays or Solid-State Relays
数字I/O
多功能I/O
热电偶
隔离，放大，噪声滤波 冷端补偿
应变仪
激励电压 全桥和半桥设置 隔离，放大，噪声滤波
图3.2 模拟信号调理示意图
3、模数转换设备A/D
把外部电压信号转成计算机能够识别的数 字信号，主要性能参数： 采样频率 Max Sampling Rate (S/s), Sampling Frequency (Hz) 精度(Resolution)：8bit 12bit 14bit 16bit 输入范围(Input Range)(增益)： 同步采样(Simultaneous analog input) 轮询采样(Multiplex analog input) 突发模式采样(Burst mode) 触发模式(Trigger mode) 隔离(Isolation) FIFO ……
设备管理IO设备
向I/O控制器 CPU→I/O 发读命令
读I/O控 制 器 未 的状态
就 绪
检查
状态？
I/O→CPU 出错
就绪
从I/O控 制 器 中读入字
I/O→CPU
向存储器 中写字
CPU→内 存
未完
传送 完成？
完成 下条指令
(a) 程序I/O方式
向I/O控 制 器 发读命令
CPU→I/O CPU做 其 它 事
3. “瓶颈”问题
存储器
通道1
控制器1 控制器2
通道2
控制器3
控制器4
图 5-4 单通路I/O系统
设备1 设备2 设备3 设备4 设备5 设备6 设备7
存储器
通 道1 通 道2
控 制 器1 控 制 器2
图 5-5 多通路I/O系统
I/O设 备 I/O设 备 I/O设 备 I/O设 备
5.1.4 总线系统
current
2. (1) Getbuf过程。 (2) (2) Releasebuf过程。
3. 进程同步 (1) Nexti指针追赶上Nextg指针。 (2) (2) Nextg指针追赶上Nexti指针。
5.3.4 缓冲池(Buffer Pool)
1. 缓冲池的组成
1. 缓冲池的组成 对于既可用于输入又可用于输出的公用缓冲池， 其中 至少应含有以下三种类型的缓冲区：① 空(闲)缓冲区； ② 装满输入数据的缓冲区； ③ 装满输出数据的缓冲区。 为了 管理上的方便，可将相同类型的缓冲区链成一个队列，于是 可形成以下三个队列：
5.2.3 直接存储器访问DMA I/O控制方式
1. DMA(Direct Memory Access)控制方式的引入
工业控制计算机IO过程通道
工业控制计算机IO过程通道IO过程通道是ICC实现与外部设备数据交换的基础设施，其任务是完成数据的采集、传送和存储等功能。
在ICC中，IO过程通道通常由硬件和软件两部分组成。
硬件部分主要包括信号采集电路、通信接口电路等，用于实现数据信号从外部设备到ICC的传输。
软件部分则是通过编程实现对IO过程通道的控制和管理。
在ICC中，IO过程通道的主要作用有以下几个方面：1.数据采集：IO过程通道可以连接各种传感器、执行器等外部设备，实现对现场设备状态和参数的实时采集。
比如，温度传感器可以通过IO过程通道将采集的温度数据传送到ICC，用于实时监测和控制温度。
2.数据传输：IO过程通道可以将采集到的数据传输给ICC内部的控制程序进行处理。
通过IO过程通道的传输功能，ICC可以实时获取现场设备的运行状态、生产数据等，为工艺控制和生产管理提供数据支持。
3.数据存储：IO过程通道可以将采集到的数据存储到内存或外部存储设备中，以便后续处理和分析。
通过IO过程通道的存储功能，ICC可以实现对历史数据的保存和查询，为生产过程的分析和优化提供数据基础。
4.控制指令传送：IO过程通道可以将ICC内部的控制指令传送给外部设备，实现对设备的控制。
通过IO过程通道的控制指令传送功能，ICC可以实现对现场设备的远程操作和控制，提高自动化程度和生产效率。
IO过程通道的设计和实现需要考虑以下几个因素：1.通信方式：IO过程通道可以采用多种通信方式实现与外部设备的数据交换。
常见的通信方式包括串行通信、并行通信、以太网通信等。
根据不同的应用场景和设备要求，选择合适的通信方式是确保IO过程通道正常工作的重要因素。
2. 通信协议：IO过程通道需要支持多种通信协议，以适应不同外部设备的要求。
常用的通信协议包括MODBUS、Profibus、CANopen等，通过支持不同的通信协议，可以实现与不同设备之间的数据交换和互操作。
3.数据处理能力：IO过程通道需要具备一定的数据处理能力，包括数据采集、传输、存储等。
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选择通道又称高速通道，在物理上它可以连接多个设备，但是这些设 备不能同时工作，在某一段时间内通道只能选择一个设备进行工作。选择 通道很像一个单道程序的处理器，在一段时间内只允许执行一个设备的通 道程序，只有当这个设备的通道程序全部执行完毕后，才能执行其他设备 的通道程序。 选择通道主要用于连接高速外围设备，如磁盘、磁带等，信息以成组方 式高速传输。由于数据传输率很高，可以达到1.5MB/s，即0.67μs传送一 个字节，通道在传送两个字节之间已很少空闲，所以在数据传送期间只为 一台设备服务是合理的。但是这类设备的辅助操作时间很长,在样长的时间 里通道处于等待状态，因此整个通道的利用率不是很高。
CPU与内存<-->通道<-->设备控制器<-->外围设备
存储管理部件是内存的控制部件，它的主要任务是根 据事先确定的优先次序，决定下一周期由哪个部件使用存 储总线访问内存。
二、通道的类型
根据通道的工作方式，通道分为选择通道、数组多路通道、字节 多路通道个系统可以兼有三种类型的通道，也可以只有其中一、二 种．
2 、数组多路通道
基本思想：当某设备进行数据传送时，通道只为该设备服务；当设 备在执行寻址等控制性动作时，通道暂时断开与这个设备的连 接，挂起该设备的通道程序，去为其他设备服务，即执行其他设 备的通道程序。所以数组多路通道很像一个多道程序的处理器。
3 、字节多路通道
字节多路通道主要用于连接大量的低速设备，如键盘、打印机等 等。例如数据传输率是1000B/s，即传送1个字节的间隔是1ms， 而通道从设备接收或发送一个字节只需要几百纳秒，因此通道在 传送两个字节之间有很多空闲时间，字节多路通道正是利用这个 空闲时间为其他设备服务。
8.5 通道方式
一、通道方式的特点
DMA控制器的出现已经减轻了CPU对数据输入输出的控 制、使得CPU的效率合显著的提高．而通道的出现则进一 步提高了CPU的效率．
因为通道是一个特殊功能的处理器（称为IO通道处理 机、IO通道控制器）．它有自己的指令和程序专门负责数 据输入输出的传输控制．而CPU将“传输控制”的功能下放给 通道后只负责“数据处理”功能．这样．通道与CPU分时使用 内存，实现了CPU内部运算与I/O设备的平行工作．
例：典型的具有通道的计算机系统
这种结构与前述的单总线结构机器不同，它具有两种 类型的总线．一种是存储总线，它承担通道与内存、CPU与 内存之间的数据传输任务．另一种是通道总线，即I/O总 线，它承担外围设备与通道之间的数据传送任务．这两类 总线可以分别按照各自的时序同时进行工作．
通道总线可以接若干个设备控制器，一个设备控制器 可以接一个或多个设备。因此，从逻辑结构上讲，I/O系统 一般具有四级连接：
三、通道结构的发展
通道结构的进一步发展，出现了两种计算机I/O系统结构：
一种是通道结构的I/O处理器
通常称为输入输出处理器（IOP）．IOP可以和CPU并行工作，提供高 速的DMA处理能力，实现数据的高速传送．但是它不是独立于CPP，还提供数据的 变换、搜索以及字装配／拆卸能力．这类IOP广泛应用十中小型及微型计 算机令．
另一种是外围处理机(PPU)
PPU基本上是独立于主机工作的，它有自己的指令系统，完成算术／逻 辑运算，读／写主存储器，与外设交换信息等．有的外围处理机干脆就选 用已有的通用机．外围处理机I/O方式—般应用于大型高效率的计算机系 统.