易学笔记-系统分析师考试-第6章 系统配置与性能评价/6.3 输入输出系统/6.3.1 输入输出方式

• I/O系统

1. 组成
   1. I/O设备
   2. I/O接口（I/O 控制器）
   3. I/O控制管理软件
2. 输入操作：将计算机外部信息输入到计算机内部，并进行加工处理
3. 输出操作：将计算机内部信息经过处理输出到计算机外部设备

• I/O系统工作方式

1. 程序控制方式
   1. 概念：由CPU执行 I/O程序实现主机和外设之间的数据传送
   2. 分类
      1. 无条件传送
         1. 原理：
            1. I/O端口时刻准备接收外设信息或者输出信息到外设
            2. CPU不需要检查 I/O状态，随时跟进需要接收或者发送数据
         2. 优点：软硬件结构很简单
         3. 缺点：要求时序配合精确，一般外设很难满足
         4. 使用场景：简单开关量的 I/O控制
2. 程序查询方式
   1. 原理
      1. CPU当需要向外设接收或者发送数据时，要求先检查外设的工作状态，如果状态不允许则循环等待
      2. 允许操作的外设状态有:外设准备好接收"数据"或者外设缓冲区为空准备发送数据
   2. 优点：方法简单、硬件开销小
   3. 缺点： I/O能力不高，严重影响CPU利用率
3. 程序中断方式
   1. 概念：计算机正在执行当前程序A时，出现另外一个急需处理的程序B，这时候计算机先停止执行A（保存现场）而转向执行B，执行完程序B后再回来继续执行程序A（恢复现场）
   2. 中断程序分5个阶段
      1. 中断请求
      2. 中断判优
      3. 中断响应
      4. 中断处理
      5. 中断返回
   3. 中断程序分类
      1. 中断信号线法
      2. 中断软件查询法
      3. 雏菊链法
      4. 总线仲裁法
      5. 中断向量表法
   4. 优点：CPU无需等待提高了效率
4. DMA（直接存储器存取（direct memory access））工作方式
   1. 原理：DMA为了主存和外设之间实现高速、批量数据交换而是设置的
   2. DMA控制器
      1. 控制和管理传输的数据
      2. 与CPU共享系统总线，并且有独立访问存储器的能力
      3. 获取总线的三种方式
         1. 暂停方式：CPU停止访问主存法
         2. 共享方式：存储器分时法
         3. 周期窃取方式：周期挪用法
   3. 特点：
      1. 使得主存既可以被CPU访问，又可以被外设访问
      2. 访问主存时，地址确认、传输数据的计数都由硬件电路直接实现
      3. 主存开辟专用缓冲区供外设接收和发送数据
      4. 使得CPU和外设并行工作，提高了系统的效率
      5. DMA在传输数据时要通过程序预处理，完成后通过中断方式进行后续处理
5. 通道方式
   1. 原理：
      1. 是一种高级的I/O控制部件，在一定的硬件的基础上利用软件通道方式实现I/O控制和传输
      2. 一定程度上脱离CPU的介入，但启动和停止还需要CPU管理
6. 通道方式
   1. 概念：是实现外设和主存之间交互数据的控制器
   2. 当用户请求外设时的工作流程
      1. 根据I/O要求构造通道程序和通道状态字
      2. 将通道程序保存到内存中
      3. 将通道程序的首地址放到通道地址字中
      4. 执行I/O指令
   3. 分类
      1. 字节多路通道
         1. 概念：简单的共享通道，用于连接和管理多台低配设备
         2. 工作方式：以字节交叉方式传送信息
         3. 举例：
      2. 选择通道
         1. 概念：高速通道，可以连接多台设备，但是同一个时间只能一台设备工作，该设备独占整个通道
         2. 举例：
      3. 数组多路通道
         1. 概念：结合字节通道和选择通道，拥有多个子通道，多个子通道同时服务多个设备

• I/O处理机

1. 概念：
   1. 也称为外围处理机，是一个专用或者通用、大型、高效的计算机系统处理外围设备
   2. 利用共享存储器与主机交换信息
2. 组成
   1. 与中央处理器共享主存
   2. 有独立的存储器
   3. 有独立的运算部件
   4. 有独立的或者共享的指令控制部件
3. 特点
   1. 有丰富的指令系统和完善的中断系统
   2. 类似于一般处理机，有自己的局部存储器
   3. 码值转换、数据校验
   4. 故障处理
   5. 文件管理
   6. 诊断和显示系统状态
   7. 处理人机对话
   8. 远程连接