I/O设备的概念和分类，I/O控制器

1.什么是I/O设备

“I/O”就是“输入/输出”(Input/Output)
I/O设备就是可以将数据输入到计算机，或者可以接收计算机输出数据的外部设备，属于计算机中的硬件部件。

UNIX系统将外部设备抽象为一种特殊的文件，用户可以使用与文件操作相同的方式对外部设备进行操作。

2.按使用特性分类

1.人机交互类外部设备

用于人机交互，如：鼠标，键盘，打印机等。
数据传输速度慢。

2.存储设备

用于数据存储，如：移动硬盘，光盘。
数据传输速度块。

3.网络通信设备

用于网络通信，如：路由器，调制调节器。
数据 传输速度介于上述二者之间。

3.按传输速率分类

1.低速设备:

鼠标、键盘等——传输速率为每秒几个到几百字节。

2.中速设备:

如激光打印机等—―传输速率为每秒数千至上万个字节。

3.高速设备:

如磁盘等一一传输速率为每秒数千字节至千兆字节的设备。

4.按信息交换的单位分类

1.块设备:

如磁盘等――数据传输的基本单位是“块’。
传输速率较高，可寻址，即对它可随机地读/写任一块。

2.字符设备:

鼠标、键盘等―—数据传输的基本单位是字符。
传输速率较慢，不可寻址，在输入/输出时常采用中断驱动方式。

5.I/O设备的机械部件

主要用来执行具体l/O操作。如我们看得见摸得着的鼠标/键盘的按钮;显示器的LED屏;移动硬盘的磁臂、磁盘盘面。

6.I/O设备的电子部件（I/O控制器）

CPU无法直接控制I/O设备的机械部件，因此I/O设备还要有一个电子部件作为CPU和I/O设备机械部件之间的“中介”，用于实现CPU对设备的控制。

这个电子部件就是I/O控制器，又称设备控制器。
CPU可控制I/O控制器，又由I/O控制器来控制设备的机械部件。

1.接收和识别CPU发来的命令

如CPU发来的read/write命令，I/O控制器中会有相应的控制寄存器来存放命令和参数。

2.向CPU报告设备的状态

I/O控制器中会有相应的状态寄存器,用于记录I/O设备的当前状态。
如:1表示空闲，0表示忙碌。

3.数据交换

I/O控制器中会设置相应的数据寄存器。
输出时，数据寄存器用于暂存CPU发来的数据，之后再由控制器传送设备。
输入时，数据寄存器用于暂存设备发来的数据，之后CPU从数据寄存器中取走数据。

4.地址识别

类似于内存的地址，为了区分设备控制器中的各个寄存器，也需要给各个寄存器设置一个特定的“地址”。
I/O控制器通过CPU提供的“地址”来判断CPU要读/写的是哪个寄存器。

5.I/O控制器的组成

注意：

• ①一个I/O控制器可能会对应多个设备;
• ②数据寄存器、控制寄存器、状态寄存器可能有多个(如:每个控制/状态寄存器对应一个具体的设备），且这些寄存器都要有相应的地址，才能方便CPU操作。有的计算机会让这些寄存器占用内存地址的一部分，称为内存映像I/O;另一些计算机则采用I/O专用地址，即寄存器独立编址。

1.内存映射I/O

控制器中的寄存器与内存地址统一编址。
优点：简化了指令。可以对内存进行操作的指令来对控制器进行操作。

2.寄存器独立编址。

控制器中的寄存器使用单独的地址。
缺点:需要设置专门的指令来实现对控制器的操作，不仅要指明寄存器的地址,还要指明控制器的编号。