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I/O 管理

完成：状态跟踪、设备存取、设备分配、设备控制。

I/O设备

• 按信息交换单位：
  1. 块设备：有结构设备：磁盘等。
     信息交换以数据块为单位。
  2. 字符设备：无结构设备：打印机等，常采用中断I/O方式
     信息交换以字符为单位。
• 按传输速度：
  1. 低速设备：键盘、鼠标
  2. 中速设备：激光打印机
  3. 高速设备：磁盘机、光盘机。

I/O接口

位于CPU与设备之间，与CPU和设备通信。

• 三部分：

  1. 设备控制器与CPU接口：
  2. 设备控制器与设备接口：每个接口中存在 数据、控制、状态三类信号。
  3. I/O逻辑：控制设备。

• 设备控制器功能：①接收识别CPU命令(读写查等) ②数据交换 ③标识报告设备状态 方便CPU处理 ④识别地址 ⑤数据缓冲 ⑥差错控制

I/O端口

I/O端口指设备控制器中可以被CPU直接访问的寄存器：

1. 数据寄存器：CPU与外设之间数据缓冲
2. 状态寄存器：获取执行结果与设备的状态信息，告知CPU是否准备好
3. 控制寄存器：由CPU写入，以便启动命令or更改设备模式。

实现CPU与I/O端口通信

两种方法

1. 独立编址：每个端口分配一个I/O端口号。普通用户无法访问。
2. 统一编址：内存映射I/O，每个端口唯一的内存地址

I/O控制方式

1 程序直接控制

CPU不断测试I/O设备状态，因为CPU中未采用中断机制。

2 中断驱动方式

允许I/O主动打断CPU的运行，请求服务-->解放CPU，CPU向其I/O控制器发送读命令后做别的事。
数据交换要经过CPU的寄存器

1. I/O控制器从CPU接收一个读命令，从外设读数据，
2. 读入I/O控制器的数据寄存器后，向CPU发中断信号，表示数据已准备好
3. 等待CPU请求数据。
4. I/O收到CPU发出的 取数据请求，数据放到总线传给CPU寄存器
5. I/O完成

3 DMA方式

I/O设备与内存之间开辟直接数据交换通路，彻底解放CPU。

1. 基本单位：数据块
2. 只有开始和结束时需要CPU干预。

通道控制方式

I/O软件层次结构

1. 用户层I/O软件：用户调用库函数
   ↕
2. 设备独立性软件：①执行所有设备公有操作(。。。) ②向用户层提供统一接口
   ↕
3. 设备驱动程序：具体实现系统对设备发出的操作指令
   ↕
4. 中断处理程序：保存中断前CPU状态0-->处理中断-->恢复中断前状态
   执行上下文切换等等
   ↕
5. 硬件

设备独立性软件

I/O系统最高层软件

高速缓存与缓冲区

1. 磁盘高速缓存：提高磁盘I/O速度。存放低速设备上的复制数据。(若高速缓存有 低速设备上一定有)
2. 缓冲区：存放低速设备and高速设备之间传递的数据。
   解决速度差距大的问题。

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