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§4 输入/输出系统 输入输出系统概述 输入输出系统包括输入输出设备、设备控制器及与输入输出操作有关的软硬件。 在计算机系统中，把处理机与主存储器之外的部分统称为输入输出系统 输入输出系统是处理机与外界进行数据交换的通道。 与处理机有关的、除人以外的各种设备称为输入输出设备（或外围设备） 输入输出系统的特点 异步性 输入输出设备通常不使用统一的中央时钟，各个设备按照自己的时钟工作，但又要在某些时刻接受处理机的控制 处理机与外围设备之间，外围设备与外围设备之间能够并行工作 实时性 对于一般外部设备：可能丢失数据，或造成外围设备工作的错误 对于实时控制计算机系统，如果处理机提供的服务不及时，可能造成巨大的损失，甚至造成人身伤害 对于处理机本身的硬件或软件错误：如电源故障、数据校验错、页面失效、非法指令、地址越界等，处理机须及时处理 对不同类型的设备，必须具有与设备相配合的多种工作方式 输入输出系统的特点（续） 与设备无关性 独立于具体设备的标准接口。例如，串行接口、并行接口、SCSI（Small Computer System Interface）接口等 计算机系统的使用者，在需要更换外围设备时，各种不同型号，不同生产厂家的设备都可以直接通过标准接口与计算机系统连接 处理机采用统一的硬件和软件对品种繁多的设备进行管理 某些计算机系统已经实现了即插即用技术 输入输出系统的组织方式 针对异步性，采用自治控制的方法 输入输出系统是一个独立于处理机之外的自治系统 处理机与外围设备之间要有恰当的分工 针对实时性，采用层次结构的方法 最靠近处理机的是输入输出处理机、输入输出通道等 中间层是标准接口 标准接口通过设备控制器与输入输出设备相连 设备控制器控制外围设备工作 针对与设备无关性，采用分类处理方法 为面向字符的设备（character-oriented device）；指工作速度比较低的机电类设备。例如，字符终端、打字机等 面向数据块的设备主要指工作速度比较高的外围设备；例如，磁盘、磁带、光盘的辅助存储器，行式打印机等 输入输出系统的发展阶段 程序控制输入输出（包括全软的、程序查询状态驱动的、中断驱动的等） 直接存储器访问（DMA） I/O处理机 通道方式（Channel）：IBM 外围处理机方式（Peripheral Processor Unit， PPU）CDC、Burroughs 通道数据传送方式 字节多路：适合于连接像光电机的字符类低速设备 传送一个字符（字节）的时间很短，但字符（字节）间的等待时间很长 以字节交叉方式轮流为多台低速设备服务 可有多个子通道，独立执行通道命令，并行操作 数组多路：适合于连接多台像磁盘的高速设备 传送速率很高，但传送开始前的寻址辅助操作时间很长 成组交叉方式，传送完K个字节数据后重新选择下一个设备 选择通道：适合于连接优先级高的磁盘等高速设备 独占通道 在数据传送期内只选择一次设备 通道流量的设计 通道流量是通道在数据传送期内，单位时间内传送的字节数 达到的最大流量称为通道极限流量 TS:数据传送期内选择一次设备的时间 TD：传送一个字节的时间 字节多路的通道极限流量 数组多路的通道极限流量 每选择一台设备就能传送完K个字节 如果要传送N个字节，就得分N/K次传送才行， 每次传送就要选一次设备 选择通道的通道极限流量 每选择一台设备就把N个字节全部传送完 设备要求通道的实际最大流量与三种通道的工作方式有关 字节多路是该通道连接各设备的字节传送速率之和 为了保证第ｊ号通道上所挂设备在满负荷的最坏情况下都不丢失信息，必须使设备要求通道的实际最大流量不超过通道的极限流量 * * 每选择一台设备之传送一个字节 如通道的TS、TD一定时，且NK时 数组多路和选择方式是所连接各设备的字节传送速率中之最大者 其中： j：通道的编号 fi.j：为第ｊ号通道上所挂的第ｉ台设备的字节传送率 　 Pj：为第ｊ号通道中所接设备的台数 如果I/O系统有m个通道，其中1至m1为字节多路，m1+1至m2为数组多路，m2+1至m为选择，则I/O系统的极限流量为： *