操作系统之输入输出系统

I/O系统

通常把I/O设备及其接口线路、控制部件、通道和管理软件称为I/O系统，把计算机的主存和外围设备的介质之间的信息传送操作称为输入输出操作。

按照输入输出特性，I/O设备可以划分为输入性外围设备、输出型外围设备和存储型外围设备。

按照输入输出信息交换的单位，I/O设备可以划分为字符设备和块设备。

输入型外围设备和输出型外围设备一般为字符设备，它与内存进行信息交换的单位是字节，即一次交换1个或多个字节。

所谓块是连续信息所组成为一个区域，块设备则一次与内存交换一个或几何信息，存储型外围设备一般为块设备。

存储型外围设备又可以划分为顺序存取存储设备和直接存取存储设备。

顺序存取存储设备严格依赖信息的物理位置进行定位和读写，如磁带。

直接存取存储设备的重要特性是存取任何一个物理块所需要的时间几乎不依赖于此信息的位置，如磁盘。

I/O控制方式

按照I/O控制器功能的强弱，以及和CPU之间联系方式的不同，可把I/O设备的控制方式分为四类，它们的主要差别在于中央处理器和外围设备并行工作的方式不同，并行工作的程度不同。中央处理器和外围设备并行工作有重要意义，它能大幅度提高计算机效率和系统资源的利用率。

1）询问方式

询问方式又称程序直接控制方式，在这种方式下，输入输出指令或询问指令测试一台设备的忙闲标志位，决定主存储器和外围设备是否交换一个字符或一个字。

2）中断方式

中断机构引入后，外围设备有了反映其状态的能力，仅当操作正常或异常结束时才中断中央处理机.实现了一定程度的并行操作,这叫程序中断方式。由于输入输出操作直接由中央处理器控制，每传送一个字符或一个字，都要发生一次中断，因而仍然消耗大量中央处理器时间。

3）DMA方式

在 DMA(直接主存存取)方式中，I/O 控制器有更强的功能，它不仅设有中断机构，而且，还增加了 DMA 控制机构。在 DMA 控制器的控制下，它采用‘偷窃’总线控制权的方法，让设备和主存之间成批交换数据，而不必由 CPU 干予。这样可减轻 CPU的负担，因每次传送数据时，不必进入中断系统；只要 CPU 暂停几个周期，从而使 I/O数据的速度也大大提高。

4）通道方式

通道又称输入输出处理器。它能完成主存储器和外围设备之间的信息传送，与中央处理器并行地执行操作。采用通道技术主要解决了输入输出操作的独立性和各部件工作的并行性。由通道管理和控制输入输出操作，大大减少了外围设备和中央处理器的逻辑联系。

采用输入输出通道设计后，输入输出操作过程如下：中央处理机在执行主程序时遇到输入输出请求，则它启动指定通道上选址的外围设备，一旦启动成功，通道开始控制外围设备进行操作。这时中央处理器就可执行其它任务并与通道并行工作，直到输入输出操作完成。通道发出操作结束中断时，中央处理器才停止当前工作，转向处理输入输出操作结束事件