0x19 I/O系统

I/O基本概念

计算机2个主要任务：

1. I/O操作（更频繁）
2. 计算

I/O设备特点：

• 种类繁多，不断有新设备出现
• 接口标准化：如USB

I/O系统的对象和任务

I/O系统的主要对象：I/O设备和对应的设备控制器

I/O系统的主要任务：

• 完成用户提出的I/O请求
• 提高I/O速率
• 改善I/O设备的利用率

I/O系统的基本功能

1. 隐藏物理设备的细节
2. 与设备的无关性
3. 提高处理机和I/O设备的利用率
4. 对I/O设备进行控制.
5. 确保对设备的正确共享
6. 错误处理

设备独立性

为了提高操作系统的可适应性和可扩展性，现代操作系统中实现了设备独立性，也称为设备无关性。即应用程序独立于具体使用的物理设备。

实现方法：

• 引入逻辑设备和物理设备
• 在应用程序中使用逻辑设备名来请求使用某类设备
• 而系统在实际执行时使用物理设备名
• 系统必须具有将逻辑设备名转换为物理设备名的功能
• 类似于存储管理中的逻辑地址和物理地址的概念

I/O应用接口

I/O系统调用将设备的行为封装成一些通用类型，每个通用类型都可以通过一组标准函数即接口来访问，具体的差别被设备驱动程序所封装。

设备驱动程序层的作用是为内核I/O子系统隐藏设备控制器的不同细节。

设备在许多方面有很大差异：字符流或块；顺序或随机访问；共享或独占；操作速度；读写、只读、只写。

将I/O系统与硬件分离的做法简化了开发人员的工作，也有利于硬件制造商设计新的设备与现有的控制器接口相兼容。

I/O设备

1. 执行I/O操作的机械设备：I/O设备
2. 执行控制I/O的电子部件：设备控制器

I/O设备与计算机通过一个连接点（也就是端口）进行通信。

如果一个或多个设备使用一组共同的线，那么这种连接称为总线bus。总线bus是一组线和一组严格定义的可以描述在线上传输信息的协议。有几种类型，如链环、共享总线等类型。

设备控制器

控制器是用于操作端口、总线或设备的一组电子器件。


控制器的主要功能：
控制一个或多个l/O设备，以实现I/O设备和计算机之间的数据交换；它也是CPU与I/O设备之间的接口，接收从CPU发来的命令，并控制I/O设备工作，以使CPU从繁杂的设备控制事务中解脱出来。

I/O寄存器

• 状态寄存器
• 控制寄存器
• 数据输入寄存器
• 数据输出寄存器