输入输出系统（1）

一.发展概况

1.早期

• 分散连接   
• CPU和IO设备    串行   
• 程序查询方式

2.接口模块和DMA阶段       

• 总线结构
• IO接口：采用接口技术可使多台IO设备分时占用总线，实现并行工作。                      
• 并行   
• 中断方式（不能做到绝对的并行）
• DMA（direct memory access）：IO设备与主存之间有一条直接的数据通路，适用于小型和微型计算机

  

    在大中型计算机中，IO设备繁多，若采用DMA方式（ 若每台设备都有配置DMA）：

• 硬件成本
• 访问主存冲突，控制复杂
• 频繁的周期窃取，CPU整体工作效率下降

3.IO通道/通道结构（大中型计算机系统）

• 专用的通道指令（能独立地执行通道指令所编写的输入输出程序）
• 可视为具有特殊功能的处理器，但不完全独立，需要CPU的IO指令（从属于CPU的专用处理器）

4.IO处理机/外围处理机（Peripheral Processor）

• 基本独立于主机

二.IO系统的组成

1.IO系统软件     

• 接口模块方式：IO指令+系统软件中的管理程序==IO设备与主机协调工作
• 通道方式：还需通道指令和相应的操作系统

    IO指令：

• 机器指令的一类
• 操作码+命令码+设备码

    通道指令/通道控制字（channel control word，CCW）：

• 位数一般较长
• 通道指令是通道自身的指令，用以执行IO操作（IO指令是CPU指令系统的一部分）
• 在具有通道结构的计算机中，IO指令不实现IO数据传送，而是完成启停IO设备，查询，控制通道等操作。一旦CPU执行了启动IO设备的指令，就由通道代替CPU对IO设备的管理
  

2.IO硬件

• 接口模块
• IO设备

三.IO设备与主机联系方式

1. IO设备编址方式（通常将设备码看作地址）

• 统一编址：在内存中划出一部分作为IO设备的地址，对IO设备访问指令与访存指令类似
• 不统一编址：IO设备地址与存储器地址分开。不占用主存，但需设IO专用指令

2.设备寻址

3.传送方式

4.联络方式（按IO设备 工作速度分类）

• 立即响应方式（IO设备工作速度极慢）
• 异步工作采用应答信号联络（IO设备与主机速度不匹配，一应一答）
• 同步工作采用同步时标联络（配有专用电路，产生同步时标）        

5.IO设备与主机的连接方式

• 辐射式（每台IO设备都有一套控制线路和信号线，计算机发展初级阶段）

• 总线式（包括地址线，数据线，控制线）            

四.IO设备与主机信息传送的控制方式

1.程序查询方式（可编程接口，CPU和IO设备处于串行工作状态）

2.程序中断方式（增设硬件电路和软件程序）

3.DMA方式（增设DMA接口电路。若DMA和CPU同时访存，CPU总是将总线占有权让给DMA，窃取时间一般为一个存取周期）