第6章 输入输出系统
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精6 品课件
第六章 输入输出系统
6.2.1 I/O设备
一、I/O设备的类型
1．按操作特性分类
(1) 存储设备（辅存） (2) 输入/输出(I/O)设
备
指通过虚拟技术将一台独占设备变
2．按换信为息若交换干的台单逻位分辑类设备，供若干个用
(户1) (字进符程设备)同(慢时) (使2) 用块设备(快)
3．按设备的共享属性分类
寄存器
设备控制器与处理机的接口
接一个或多个设备。相应地，
地在址控线制器中便有一个或多个设
该接口用控于实制现器CPU与设备数控据
备接口，一个接口连接一个设
控制线
备。在每个接口中都存在数据
I/O逻辑制器之间与的通设信备。共有三类状信态 号线：数据接线口、i地址线和控控制制
、控制和状态三种类型的信号
线。
系 统
精5 品课件
第六章 输入输出系统
6.2 I/O设备和设备控制器
I/O设备：执行I/O操作的机械部分，执行控制I/O的电 子部件 执行I/O操作的机械部分——一般的I/O设备 执行控制I/O的电子部件则称为设备控制器或适配器 在微型机和小型机中的控制器常做成印刷电路卡形式， 因而也常称为控制卡、接口卡或网卡 大、中型计算机系统中，还配置了I/O通道或I/O处理机 。
精12品课件
第六章 输入输出系统
6.2.4 I/O通道
一、I/O通道设备的引入 实际上I/O通道是一种特殊的处理机，它具有执行I/O指令 的能力，并通过执行通道程序来控制I/O操作。与一般处 理机不同于两方面： 1.指令类型单一，只用于I/O操作； 2.通道没有内存，它与CPU共享内存。
引入目的 解脱CPU对I/O的组织、管理。
控制器A 控制器B 控制器C
设备
控制器D
…
N1N2N3…子通道N 控制器N
系 统
字节多路通道的工作原理
精14品课件
第六章 输入输出系统
➢2.数组选择通道： 无子通道，仅一主通道，某时间由某设备独占 ，适于高速设备。 但通道未共享，利用率低。
选择通道
➢3.数组多路通道： 多子通道不是以时间片方式，而是“按需分配”， 综合了前面2种通道类型的优点。
CPU只需发送I/O命令给通道，通道通过调用内存中的 相应通道程序完成任务。
精13品课件
系 统
第六章 输入输出系统
二、 通道类型
1.字节多路通道：
各子通道以时间片轮转方式共享通道，适用于低、中速设备
。
A1B1C1…A2B2C2…
A1A2A3…子通道A B1B2B3…子通道B C1C2C3…子通道C
精15品课件
系 统
第六章 输入输出系统
处理机
内存储器
字节多路通道
选择通道
数组多路通道
输入机
打印机ห้องสมุดไป่ตู้
磁盘
精16品课件
磁带
第六章 输入输出系统
硬件连接结构
精17品课件
至设备 数据信号线 控制器
状态信号线
控制信号线
I/O 设备 缓冲 转换器
控制逻辑
精8 品课件
信号 数据
第六章 输入输出系统
6.2.2 设备控制器
设备控制器职责：控制一个或者多个I/O设备，以实 现I/O设备和计算机之间的数据交换。
CPU–控制器-设备
微机小型机中控制器——接口卡
3/8/2021
精9 品课件
CPU要设启备动控一制个设器备与时设，备一方的面接将口启动命令发送给控制器；另一方面又同时
数设通，据备过再线控地根I制/址据O器线所逻与把译数设辑地出据备址的寄的发命接存送令口器给对控 所制 选器 设， 备由 进控 行制 控器 制的 。I/O逻辑控与接对制设口收器备1到的地址进行数状控据态制译码
在一个设备控控制器制上/状，态可以连
第六章 输入输出系统
第六章 输入输出系统
6.1 I/O系统的功能、模型和接口基本任务：完成用户提出
6.2 I/O设备和设备控制器 6.3 中断机构和中断处理程序 6.4 设备驱动程序 6.5 与设备无关的I/O软件 6.6 用户层的I/O软件 6.7 缓冲区管理 6.8 磁盘存储器的性能和调度
的I/O请求，提高I/O速率 以及改善I/O设备的利用 率
精2 品课件
第六章 输入输出系统
6.1.2 I/O系统的层次结构和模型
1. I/O软件的层次结构
精3品课件
第六章 输入输出系统
I/O系统中各种模块之间的层次视图
1) I/O系统的上、下接口 2) I/O系统的分层
精4 品课件
第六章 输入输出系统
6.1.3 I/O系统接口 在I/O系统与高层之间的接口中，根据设备类型的 不同，又进一步分为若干个接口：块设备接口、流 设备接口和网络接口。 1. 块设备接口 2. 流设备接口（字符设备接口） 3. 网络通信接口
。
精11品课件
第六章 输入输出系统
6.2.3 内存映像I/O
在早期的计算机中，包括大型计算机，为实现CPU和 设备控制器之间的通信，为每个控制寄存器分配一个I/O 端口
=编址上不再区分内存单元地址和设备控制器中的寄 存器地址，都采用k k值处于0～n-1范围时：内存地址 k大于等于n时：某个控制器的寄存器地址。
主要功能：缓冲区管理、
设备分配、设备处理、虚 拟设备及设备独立性等
精1 品课件
第六章 输入输出系统
6.1 I/O系统的功能、模型和接口
6.1.1 I/O系统的基本功能 隐藏物理设备的细节 与设备的无关性（设备独立性） 提高处理机和I/O设备的利用率 对I/O设备进行控制 确保对设备的正确共享 错误处理
第六章 输入输出系统
一、设备控制器的基本功能
1. 接收和识别命令 2. 数据交换 3. 标识和报告设备的状态 4. 地址识别 5. 数据缓冲 6. 差错控制
精10品课件
系 统
第六章 输入输出系统
二、设备控制器的组成
I利/O用逻该设辑逻备：辑C用控P向于U制控与实制器现控器与对制发设处送器备理I/接的O机口控命的制令。，接它I口/O通逻过辑一对控组收制控到制器的线与命与设令处进备理行接机译交口码互。，每处当理机
(1) 独占设备 (2) 共享设备 (3) 虚拟设备
4．按设备的传输速率分类
(1) 低速设备 (2) 中速设备 (3) 高速设备
精7 品课件
第六章 输入输出系统
2．设备与控制器之间的接口 通常，设备并不是直接与CPU进行通信，而是与设
备控制器通信，因此，在I/O设备中应含有与设备控制器 间的接口，在该接口中有三种类型的信号( 图 所示)， 各对应一条信号线。
第六章 输入输出系统
6.2.1 I/O设备
一、I/O设备的类型
1．按操作特性分类
(1) 存储设备（辅存） (2) 输入/输出(I/O)设
备
指通过虚拟技术将一台独占设备变
2．按换信为息若交换干的台单逻位分辑类设备，供若干个用
(户1) (字进符程设备)同(慢时) (使2) 用块设备(快)
3．按设备的共享属性分类
寄存器
设备控制器与处理机的接口
接一个或多个设备。相应地，
地在址控线制器中便有一个或多个设
该接口用控于实制现器CPU与设备数控据
备接口，一个接口连接一个设
控制线
备。在每个接口中都存在数据
I/O逻辑制器之间与的通设信备。共有三类状信态 号线：数据接线口、i地址线和控控制制
、控制和状态三种类型的信号
线。
系 统
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第六章 输入输出系统
6.2 I/O设备和设备控制器
I/O设备：执行I/O操作的机械部分，执行控制I/O的电 子部件 执行I/O操作的机械部分——一般的I/O设备 执行控制I/O的电子部件则称为设备控制器或适配器 在微型机和小型机中的控制器常做成印刷电路卡形式， 因而也常称为控制卡、接口卡或网卡 大、中型计算机系统中，还配置了I/O通道或I/O处理机 。
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第六章 输入输出系统
6.2.4 I/O通道
一、I/O通道设备的引入 实际上I/O通道是一种特殊的处理机，它具有执行I/O指令 的能力，并通过执行通道程序来控制I/O操作。与一般处 理机不同于两方面： 1.指令类型单一，只用于I/O操作； 2.通道没有内存，它与CPU共享内存。
引入目的 解脱CPU对I/O的组织、管理。
控制器A 控制器B 控制器C
设备
控制器D
…
N1N2N3…子通道N 控制器N
系 统
字节多路通道的工作原理
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第六章 输入输出系统
➢2.数组选择通道： 无子通道，仅一主通道，某时间由某设备独占 ，适于高速设备。 但通道未共享，利用率低。
选择通道
➢3.数组多路通道： 多子通道不是以时间片方式，而是“按需分配”， 综合了前面2种通道类型的优点。
CPU只需发送I/O命令给通道，通道通过调用内存中的 相应通道程序完成任务。
精13品课件
系 统
第六章 输入输出系统
二、 通道类型
1.字节多路通道：
各子通道以时间片轮转方式共享通道，适用于低、中速设备
。
A1B1C1…A2B2C2…
A1A2A3…子通道A B1B2B3…子通道B C1C2C3…子通道C
精15品课件
系 统
第六章 输入输出系统
处理机
内存储器
字节多路通道
选择通道
数组多路通道
输入机
打印机ห้องสมุดไป่ตู้
磁盘
精16品课件
磁带
第六章 输入输出系统
硬件连接结构
精17品课件
至设备 数据信号线 控制器
状态信号线
控制信号线
I/O 设备 缓冲 转换器
控制逻辑
精8 品课件
信号 数据
第六章 输入输出系统
6.2.2 设备控制器
设备控制器职责：控制一个或者多个I/O设备，以实 现I/O设备和计算机之间的数据交换。
CPU–控制器-设备
微机小型机中控制器——接口卡
3/8/2021
精9 品课件
CPU要设启备动控一制个设器备与时设，备一方的面接将口启动命令发送给控制器；另一方面又同时
数设通，据备过再线控地根I制/址据O器线所逻与把译数设辑地出据备址的寄的发命接存送令口器给对控 所制 选器 设， 备由 进控 行制 控器 制的 。I/O逻辑控与接对制设口收器备1到的地址进行数状控据态制译码
在一个设备控控制器制上/状，态可以连
第六章 输入输出系统
第六章 输入输出系统
6.1 I/O系统的功能、模型和接口基本任务：完成用户提出
6.2 I/O设备和设备控制器 6.3 中断机构和中断处理程序 6.4 设备驱动程序 6.5 与设备无关的I/O软件 6.6 用户层的I/O软件 6.7 缓冲区管理 6.8 磁盘存储器的性能和调度
的I/O请求，提高I/O速率 以及改善I/O设备的利用 率
精2 品课件
第六章 输入输出系统
6.1.2 I/O系统的层次结构和模型
1. I/O软件的层次结构
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第六章 输入输出系统
I/O系统中各种模块之间的层次视图
1) I/O系统的上、下接口 2) I/O系统的分层
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第六章 输入输出系统
6.1.3 I/O系统接口 在I/O系统与高层之间的接口中，根据设备类型的 不同，又进一步分为若干个接口：块设备接口、流 设备接口和网络接口。 1. 块设备接口 2. 流设备接口（字符设备接口） 3. 网络通信接口
。
精11品课件
第六章 输入输出系统
6.2.3 内存映像I/O
在早期的计算机中，包括大型计算机，为实现CPU和 设备控制器之间的通信，为每个控制寄存器分配一个I/O 端口
=编址上不再区分内存单元地址和设备控制器中的寄 存器地址，都采用k k值处于0～n-1范围时：内存地址 k大于等于n时：某个控制器的寄存器地址。
主要功能：缓冲区管理、
设备分配、设备处理、虚 拟设备及设备独立性等
精1 品课件
第六章 输入输出系统
6.1 I/O系统的功能、模型和接口
6.1.1 I/O系统的基本功能 隐藏物理设备的细节 与设备的无关性（设备独立性） 提高处理机和I/O设备的利用率 对I/O设备进行控制 确保对设备的正确共享 错误处理
第六章 输入输出系统
一、设备控制器的基本功能
1. 接收和识别命令 2. 数据交换 3. 标识和报告设备的状态 4. 地址识别 5. 数据缓冲 6. 差错控制
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第六章 输入输出系统
二、设备控制器的组成
I利/O用逻该设辑逻备：辑C用控P向于U制控与实制器现控器与对制发设处送器备理I/接的O机口控命的制令。，接它I口/O通逻过辑一对控组收制控到制器的线与命与设令处进备理行接机译交口码互。，每处当理机
(1) 独占设备 (2) 共享设备 (3) 虚拟设备
4．按设备的传输速率分类
(1) 低速设备 (2) 中速设备 (3) 高速设备
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第六章 输入输出系统
2．设备与控制器之间的接口 通常，设备并不是直接与CPU进行通信，而是与设
备控制器通信，因此，在I/O设备中应含有与设备控制器 间的接口，在该接口中有三种类型的信号( 图 所示)， 各对应一条信号线。