月半湾湾
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计算机组成原理输入输出系统1

发展概况

1 早期阶段

I/O与内存交换信息通过CPU

缺点：电路复杂，与内存交换信息时CPU停止工作浪费资源，设备的增删更换非常麻烦

2 DMA（Direct Memory Access）和接口模块

接口 模块：设有数据通路和控制通路，接口起到缓冲数据以及完成串-并转换，控制通路是CPU与I/O设备交换信息的媒介，

但交换信息时CPU会中断，CPU与I/O还无法绝对并行工作

DMA直接存储器存取阶段：I/O设备通过接口模块和主机直接连接，实现DMA方式存取，交换信息时不影响CPU的工作，提高了资源的利用率，多用于小型和微型计算机

3 通道结构阶段

大中型设备中，设备繁多不再适合DMA方式存取

通道是管理I/O设备并实现I/O设备与主机之间的信息交换的部件，可视为具有特殊处理功能的处理器

有专用的通道指令，可独立执行用通道指令编写的输入输出程序，依据CPU指令工作，是从属于CPU的一个专用处理器，使用通道结构的I/O设备与主机交换信息时，CPU不直接参与，提高了资源利用率

4 I/O处理机阶段

基本独立于主机工作

可完成：I/O控制，码制转换，格式处理等操作

拥有I/O处理机的输入输出系统与CPU的并行性更高，I/O相对于主机更加独立

输入输出系统的组成

I/O软件+I/O硬件

I/O软件

主要任务：数据的输入输出，实现I/O系统与主机工作的协调等

不同的I/O系统结构采用的软件技术差异很大，采用接口模式时：指令系统的I/O指令+系统管理程序

采用通道结构：I/O指令+通道指令+相应的操作系统

I/O指令

I/O指令是机器指令的一类

I/O指令的一般格式：操作码+命令码+设备码

操作码：区别I/O指令与其他指令

命令码：具体的操作，包括数据的输入输出，状态测试（检测I/O设备的忙闲状态），形成某些操作命令（不同的设备在信息交换时完成不同的操作，比如磁盘的寻道等）

设备码：相当于设备的地址

辅存（外存）：既是存储系统的一部分，也是I/O设备

通道指令

具有通道结构的I/O系统的专用指令，执行I/O操作

通道指令是通道自身的指令，I/O指令是机器指令，是CPU控制输入输出的指令，由CPU译码后执行

具有通道结构的计算机，I/O指令主要完成启停设备，其他交由通道处理

I/O硬件

I/O系统硬件的组成是多种多样的

包括接口模块的I/O系统包括接口和I/O设备两大部分

具有通道结构的I/O系统：一个通道可与多个设备控制器相连，一个设备控制器可控制多台同类型设备




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