I/0系统基本概念

一、基本概念

1.IO硬件

 输入设备、输出设备、外存设备、I/O接口(I/O控制器)

2.IO软件

包括驱动程序，用户程序，管理程序，升级补丁等。

通常采用IO指令和通道指令完成主机和I/O设备的信息交换。 

IO指令 CPU执行的指令，用于控制IO接口或控制通道

通道指令 通道执行的指令，与CPU机器指令不是一套东西 

        通道程序是提前编制好存放在主存中的程序，在含有通道的计算机中，CPU执行I/O指令对通道发出命令，由通道执行一系列通道指令，代替CPU对I/O设备进行管理。

二、I/0控制方式

1.程序查询方式:

CPU“忙等”慢速设备完成工作，二者串行工作

2.程序中断方式:

设备准备数据时，CPU继续工作。设备准备好之后向CPU发出中断请求，CPU在指令周期的未位检查中断并做出中断响应(执行中断处理程序)

3.DMA方式:

DMA控制方式:主存与高速I/O设备之间有一条直接数据通路(DMA总线)。CPU向DMA接口发出“读/写”命令，并指明主存地址、磁盘地址、读写数据量等参数。

DMA控制器自动控制磁盘与主存的数据读写，每完成一整块数据读写(如1KB为一整块)，才向CPU发出一次中断请求。 

主存与IO交换信息时由DMA控制器控制，传输完一整块数据才需要中断。

4.通道方式:

有的商用大型计算机可能会挂载超级多的I/O设备，如果都让CPU来管理，CPU的负载就太大了。 

所以要使用通道

通道是一种特殊功能的处理器，能对I/O设备进行统一管理。 

通过IO指令启动通道，通道执行通道指令序列，通道程序提前编制好存放在主存中 。

 三、I/O接口的功能和基本结构

1.功能

(1)进行地址译码和设备选择：

CPU送来选择外设的地址码后，接口必须对地址进行译码以产生设备选择信息，使主机能和指定外设交换信息。

(2)实现主机和外设的通信联络控制：

解决主机与外设时序配合问题，协调不同工作速度的外设和主机之间交换信息，以保证整个计算机系统能统一，协调地工作。

(3)实现数据缓冲：

CPU与外设之间的速度往往不匹配，为消除速度差异，接口必须设置数据缓冲寄存器，用于数据的暂存，以避免因速度不一致而丢失数据。

(4)信号格式的转换：

外设与主机两者的电平，数据格式都可能存在差异，接口应该提供主机与外设的信号格式的转换功能，如电平转换，并/串或串/并转换，模/数或数/模转换等。

(5)传送控制命令和状态信息：

CPU要启动某外设时，通过接口中的命令寄存器向外设发出启动命令；外设准备就绪时，则将“准备好”状态信息送回接口中的状态寄存器，并反馈给CPU。外设向CPU提出中断请求时，CPU也应该有相应的响应信号反馈给外设。 

2.结构 

 I/O接口在主机侧通过I/O总线与内存，CPU连接。

         状态寄存器和控制寄存器在传送方向上是相反的，在访问时间上也是错开的，因此可以将他们合二为一。

①发命令:发送命令字到I/0控制寄存器，向设备发送命令(需要驱动程序的协助)

②读状态:从状态寄存器读取状态字，获得设备或I/0控制器的状态信息

③读/写数据:从数据缓冲寄存器发送或读取数据，完成主机与外设的数据交换 

3.端口 

端口指的是CPU可以直接访问到的I/O接口中的寄存器 。

以这些端口的功能为基础可以分为：

(1)统一编址

(2)单独编址

(3)分类