计算机系统结构_第4章_输入输出系统.pdf

第4章 输入输出系统 4.1 输入输出原理 4.2 中断系统 4.3 通道处理机 4.4 输入输出处理机 4.1 输入输出原理 通常把处理机与主存储器之外的部分统称为输 入输出系统，包括输入输出设备、输入输出 接口和输入输出软件等。 实际上，运算器、控制器、主存储器和总线等 也要通过输入输出系统来管理。 4.1.1 输入输出系统的特点 4.1.2 输入输出系统的组织方式 4.1.3 基本输入输出方式 4.1.1 输入输出系统的特点 输入输出系统是处理机与外界进行数据交换的 通道。 输入输出系统是计算机系统中最具多样性和复 杂性的部分。 输入输出系统涉及到机、光、电、磁、声、自 动控制等多种学科。 输入输出系统最典型地反映着硬件与软件的相 互结合。 输入输出系统的复杂性隐藏在系统软件中，用 户无需了解输入输出设备的具体细节。 处理机的外部世界包括： 系统操作员 虚拟现实系统 本地或远程用户 其它处理机 实时输入输出 本身出错处理 输入输出设备 处理机 程序请求 1.实时性 对于一般输入输出设备,如果处理机提供的服务 不及时，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，处理机必须及时处理。 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。 2.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。 3.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 之间能并行工作 针对实时性，采用层次结构的方法， 针对与设备无关性，采用分类处理的方法 针对异步性，采用 自治控制的方法， 4.1.2 输入输出系统的组织方式 1. 自治控制 输入输出系统是独立于CPU之外的自治系统 处理机与外围设备之间要有恰当的分工 2. 层次结构 最内层是输入输出处理机、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连接 3. 分类组织 面向字符的设备，如字符终端、打字机等 面向数据块的设备，如磁盘、磁带、光盘等。 处理机(CPU) 主存储器(MM) 存储器总线 IO处理机 IO处理机 IO处理机 CU D CU D CU D CU D D CU D CU D D IO总线