第6章 输入输出系统
计算机原理 第六章输入输出系统
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为保证总线所传输的信息的有效性，总线 信息应具有单一性：在同一时刻至多只能有一 个部件向总线发送信息，但可以有多个部件同 时接收总线信息。
1. 总线电路： 输出挂在总线上的部件需通过“总线电路” 向总线发送信息。
总线电路由三态输出器件（TSL器件）承担。 input TSL control output
1. ISA总线：用于IBM PC/XT 微机系统，(8086)，一共６２根信号线， 其中２０根地址线，８根数据线，４个读写信号，６个中断请求线，３ 路ＤＭＡ请求，还包括时钟、电源线和地等，总线带宽 8.33 MB/s。
２．EISA总线 （80386）， 数据线扩展到了３２位，带宽达到了33.3MB/s。 3. PCI总线：（Peripheral component interconnection）（外围部 件互连） 总线频率为33 MHZ→66MHZ→133MHZ, 可以直接连接高速外部 设备。 同步时序总线，对地址信号和数据信号分时复用， 64根线，采用集中式的总线仲裁方式。 ４．AGP总线（加速图形接口总线） AGP总线把主存和显存连接起来，不再走PCI总线。 ５．USB总线（通用串行总线）主要用于连接低速输入输出设备。 带宽为1.5MB/s。
3. 控制总线CB（Control Bus） 控制总线用来传送各类控制/状态信号。
包括I/O读写命令，MEMR/W存储器读写命令，应答信号，总线请求与 总线使用信号，复位信号，时钟信号等。
4. 电源线
许多总线标准中都包含了电源线的定义，主要有+5V逻辑电源；GND逻 辑电源地；-5V辅助电源；±12V辅助电源。
２．计数器查询方式
在计数器查询方式中，总线上的任一设备申请使用总线时，通过 BR线发出总线请求。
第六章输入输出接口基础(CPU与外设之间的数据传输)
§6.1 接口的基本概念
3、什么是微机接口技术？
处理微机系统与外设间联系的技术 注意其软硬结合的特点 根据应用系统的需要，使用和构造相应的接 口电路，编制配套的接口程序，支持和连接 有关的设备
§6.1 接口的基本概念
4、接口的功能
⑴对I/O端口进行寻址，对送来的片选信号进行 识别；
(2)根据读/写信号决定当前进行的是输入操作还 是输出操作，对输入输出数据进行缓冲和锁存 输出接口有锁存环节；输入接口有缓冲环节 实际的电路常见： 输出锁存缓冲环节、输入锁存缓冲环节
对接口内部寄存器的寻址。
P279
§6.2 CPU与外设之间数据的传送方式
CPU与外设之间传输数据的控制方式通常有 三种： 程序方式:
• 无条件传送方式和有条件传送方式
中断方式 DMA方式
§6.2 CPU与外设之间数据的传送方式
一、程序方式 指用输入/输出指令，来控制信息传输
的方式，是一种软件控制方式，根据程序控 制的方法不同，又可以分为无条件传送方式 和条件传送方式。
输入数据寄存器：保存外设给CPU的数据 输出数据寄存器：保存CPU给外设的数据
⑵ 状态寄存器
保存外设或接口电路的状态
⑶ 控制寄存器
保存CPU给外设或接口电路的命令
§6.1 接口的基本概念
接口电路的外部特性 主要体现在引脚上，分成两侧信号 面向CPU一侧的信号：
用于与CPU连接 主要是数据、地址和控制信号
程序不易阅读（不易分 清访存和访问外设）
00000
I/O 部分
§6.1 接口的基本概念
独立编址方式
FFFFF
优点：
I/O端口的地址空间独立
内存 空间
控制和地址译码电路相对简单 FFFF I/O
第6章 输入输出系统-选择题
第6章输入输出系统(I/O管理)-选择题1.以下关于设备属性的叙述中,正确的是()。
A.字符设备的基本特征是可寻址到字节,即能指定输入的源地址或输出的目标地址B.共享设备必须是可寻址的和可随机访问的设备C.共享设备是指同一时间内允许多个进程同时访问的设备D.在分配共享设备和独占设备时都可能引起进程死锁2.虚拟设备是指()A.允许用户使用比系统中具有的物理设备更多的设备B.允许用户以标准化方式来使用物理设备C.把一个物理设备变换成多个对应的逻辑设备D.允许用户程序不必全部装入主存便可使用系统中的设备3.磁盘设备的1O控制主要采取()方式A.位B.字节C.帧D. DMA4.为了便于上层软件的编制,设备控制器通常需要提供()A.控制寄存器、状态寄存器和控制命令B.1/O地址寄存器、工作方式状态寄存器和控制命令C.中断寄存器、控制寄存器和控制命令D.控制寄存器、编程空间和控制逻辑寄存器5.在设备控制器中用于实现设备控制功能的是()A. CPUB.设备控制器与处理器的接C.I/O逻辑D.设备控制器与设备的接口6.在设备管理中,设备映射表(DMT)的作用是()A.管理物理设备B.管理逻辑设备C.实现输入/输出D.建立逻辑设备与物理设备的对应关系7.DMA方式是在()之间建立一条直接数据通路A.I/O设备和主存B.两个I/O设备C.I/O设备和CPUD.CPU和主存8.通道又称1/O处理机,它用于实现()之间的信息传输。
A.内存与外设B.CPU与外设C.内存与外存D.CPU与外存9.在操作系统中,()指的是一种硬件机制A.通道技术B.缓冲池C. Spooling技术D.内存覆盖技术10.若1O设备与存储设备进行数据交换不经过CPU来完成,则这种数据交换方式是()A.程序查询B.中断方式C.DMA方式D.无条件存取方式11.计算机系统中,不属于DMA控制器的是()A.命令/状态寄存器B.内存地址寄存器C.数据寄存器D.堆指针寄存器12.()用作连接大量的低速或中速1O设备A.数据选择通道B.字节多路通道 D.I/O处理机C.数据多路通道13.在下列问题中,()不是设备分配中应考虑的问题A.及时性B.设备的固有属性C.设备独立性D.安全性14.将系统毎台设备按某种原则统一进行编号,这些编号作为区分硬件和识别设备的代号,该编号称为设备的()A.绝对号B.相对号C.类型号D.符号15.关于通道、设备控制器和设备之间的美系,以下叙述中正确的是()A.设备控制器和通道可以分别控制设备B.对于同一组输入输出命令,设备控制器、通道和设备可以并行工作回C.通道控制设备控制器、设备控制器控制设备工作D.以上答案都不对16.有关设备管理的叙述中,不正确的是()A.通道是处理输入输出的软件B.所有设备的启动工作都由系统统一来做C.来自通道的IO中断事件由设备管理负责处理D.编制好的通道程序是存放在主存中的17.【2010统考真题】本地用户通过健盘登录系统时,首先获得健盘输入信息的程序是()A.命令解释程序B.中断处理程序C.系统调用服务程序D.用户登录程序18. I/O中断是CPU与通道协调工作的一种手段,所以在()时,便要产生中断A.CPU执行“启动I/O”指令而被通道拒绝接收B.通道接收了CPU的启动请求C.通道完成了通道程序的执行D.通道在执行通道程序的过程中19.一个计算机系统配置了2台绘图机和3台打印机、为了正确驱动这些设备,系统应该提供()个设备驱动程序A.5B.3C.2D.120.将系统调用参数翻译成设备操作命令的工作由()完成A.用户层I/OB.设备无关的操作系统软件C.中断处理D.设备驱动程序21.【2017统考真题】系统将数据从磁盘读到内存的过程包括以下操作①DMA控制器发出中断请求②初始化DMA控制器并启动磁盘③从磁盘传输一块数据到内存缓冲区④执行“DMA结束”中断服务程序正确的执行顺序是()A.③→①→②→④B.②→③→①→④C.②→①→③→④D.①→②→①→③22.【2011统考真题】用户程序发出磁盘I/O请求后,系统的正确处理流程是()A.用户程序→系统调用处理程序→中断处理程序→设备驱动程序B.用户程序→系统调用处理程序→设备驱动程序→中断处理程序C.用户程序→设备驱动程序→系统调用处理程序→中断处理程序D.用户程序→设备驱动程序→中断处理程序→系统调用处理程序23.【2012统考真题】操作系统的I/O子系统通常由4个层次组成,每层明确定义了与邻近层次的接口,其合理的层次组织排列顺序是()A.用户级1O软件、设备无关软件、设备驱动程序、中断处理程序B.用户级1O软件、设备无关软件、中断处理程序、设备驱动程序C.用户级1/O软件、设备驱动程序、设备无关软件、中断处理程序D.用户级IO软件、中断处理程序、设备无关软件、设备驱动程序24.【2013统考真题】用户程序发出磁盘I/O请求后,系統的处理流程是:用户程序→系统调用处理程序→设备驱动程序→中断处理程序。
操作系统题目第6章
第六章输入输出系统1、通过硬件和软件的功能扩充，把原来独占的设备改造成若干用户共享的设备，这种设备称为（）。
A、存储设备B、系统设备C、虚拟设备D、用户设备2、CPU输出数据的速度远远高于打印机的打印速度，为解决这一矛盾，可采用（）。
A、并行技术 B.通道技术C、缓冲技术D、虚存技术3、为了使多个进程能有效的同时处理I/O，最好使用（）结构的缓冲技术。
A、缓冲池B、单缓冲区C、双缓冲区D、循环缓冲区4、磁盘属于①（），信息的存取是以②（）单位进行的，磁盘的I/O控制主要采取③（）方式，打印机的I/O控制主要采取③（）方式。
①A、字符设备 B、独占设备 C、块设备D、虚存设备②A、位(bit) B、字节C、桢D、固定数据块③A、循环测试 B、程序中断 C、DMA D、SPOOLing5、下面关于设备属性的论述中正确的为（）。
A、字符设备的一个基本特征是不可寻址的，即能指定输入时的源地址和输出时的目标地址B、共享设备必须是可寻址的和可随机访问的设备C、共享设备是指在同一时刻内，允许多个进程同时访问的设备D、在分配共享设备和独占设备时，都可能引起进程死锁6、下面关于虚拟设备的论述中，正确的是（）。
A、虚拟设备是指允许用户使用比系统中具有的物理设备更多的设备B、虚拟设备是指把一个物理设备变成多个对应的逻辑设备C、虚拟设备是指允许用户以标准化方式来使用物理设备D、虚拟设备是指允许用户程序不必全部装入内存便可使用系统中的设备7、通道是一种特殊①（），具有②（）能力，它用于实现③（）之间的信息传输。
①A、I/O设备B、设备控制器C、处理机D、I/O控制器②A、执行I/O指令集 B、执行CPU指令集C、传输I/O指令D、运行I/O进程③A、内存与外设B、CPU与外设C、内存与外存D、CPU与外存8、为实现设备分配，应为每类设备设置一张①（），在系统中配置一张①（），为实现设备的独立性，系统中应设置一张②（）。
①A、设备控制表B、控制器控制表C、系统设备表D、设备分配表②A、设备开关表B、I/O请求表C、系统设备表D、逻辑设备表9、下面不适合于磁盘调度算法的是（）。
第六章_基本输入输出接口技术
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6.3 CPU与外设之间的数据传送方式
[例] 设状态端口地址为086H，数据端口地址为084H，外 设忙碌D7=1，请用查询方式写出CPU从存储器缓冲区 Buffer送出1KB的数据给外设的程序段。 LEA SI , Buffer ；取Buffer的有效地址送SI MOV CX , 1000 ；循环次数 W1: MOV DX, 086H ；状态端口地址送DX W2: IN AL , DX ；从状态端口读入状态信息 AND AL，80H ； BUSY=0? JNZ W2 ； BUSY=1，返回继续查询 MOV AL,[SI] ； BUSY=0，取数据 MOV DX, 084H ；数据端口地址送DX OUT DX,AL ；数据输出到数据端口 INC SI ；SI指向下一个字节数据 LOOP W1 ；CX-1送CX≠0，循环 HLT ；CX=0，传送结束
FFFFF
内存 空间 I/O 空间
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§6-2 I/O端口的编址与访问
二、 I/O端口地址的译码方法：
I/O端口地址译码的一般原则是：把CPU用于I/O端口寻址 的地址线分为高位地址线和低位地址线两部分：
将低位地址线直接连到I/O接口芯片的相应地址引脚， 实现片内寻址，即选中片内的端口。 将高位地址线与CPU的控制信号组合，经地址译码电 路产生I/O接口芯片的片选信号。 常见的译码器： 2/4线译码器74LS139 3/8线译码器74LS138
返回断点
6.3 CPU与外设之间的数据传送方式
关于中断的几点说明：
采用中断的数据传送方式时，外设处于主动申请地 位，CPU配合进行数据传送；CPU不必反复去查询 外设的状态，而是可以与外设“并行工作”，因此 提高了CPU的工作效率，并且更具有实时性。
第6章输入输出技术ppt课件
据
出 端
线
口
地址译码
(WR,IO/M ) IOW
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6.3 I/O的基本方式
( Direct Memory Access )
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▪ 无条件传送（CPU与外设同步工作）：外部控制 过程各种动作时间是固定的，而且是已知的。
无条件传送：输出
输 出 设 备
锁存器
DQ G
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锁 存 DB（D7~D0） 器
AB 地址译码器 IOW(WR,IO/M)
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例：如图示，外设为8个发光二极管，与其相连的 I/O端口地址80H，欲使发光二极管全亮，执行指令：
MOV AL, 0
OUT 80H, AL
CPU
DB AB CB
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6.1 概述
输入输出(I/O)设备是计算机系统的重要组 成部分，计算机通过它们与外界进行数据交换。 因I/O设备种类繁多，CPU并不与I/O设备直接 进行信息交流，而是通过I/O接口进行。I/O接 口是连接CPU和I/O设备之间的桥梁。
输入设备和输出设备统称为外设。 I/O接口电路：即I/O适配器。
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2、接口传递的信息
接口传递的基本信息是数据信息，除此之外，还 传递状态信息和控制信息。不同的信息用不同的I/O 端口区分。 数据信息：CPU与I/O设备传递的基本信息，包括数 字量、模拟量、开关量和脉冲量。
状态信息：反映I/O设备当前工作状态的信息，如输 出设备是否空闲，输入设备是否数据准备好等。
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输入接口设计
完成如下任务： 当开关接通时，CPU 执行程序段ON; 当开关断开时，CPU 执行程序段OFF;
第6章 输入输出及终端系统
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状态端口地址：0000 0011 1111 1011 数据端口地址：0000 0011 1111 1000
外设应提供设备状态信息 接口应具备状态端口
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查询工作方式流程图
开始
读入并测试外设状态
N
READY?
Y
进行一次 数据交换
N
每满足一次 条件只能进 行一次数据 传送
传送完？
Y
结束
防止死循环 超时?
N Y
读入并测试外设状态
N
超时错
READY?
Y
复位计时器
N
与外设进 行数据交换 传送完？
Y
结束
查询工作方式例
N 进行一次传送
修改地址指针
N
传送完否?
Y
结 束
查询工作方式
优点：
软硬件比较简单 CPU效率低，数据 传送的实时性差， 速度较慢
1号外设 准备就绪？ N 2号外设 准备就绪？ N 3号外设 准备就绪？ N
Y
对1号外设服务
缺点：
Y
对2号外设服务
Y
对3号外设服务
┇
n号外设 准备就绪？ N
Y
对n号外设服务
按传输信息的类型分类：
模拟接口
并行接口 串行接口
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按传输信息的方式分类：
接口特点
输入接口：
操作系统-输入输出系统
➢ 数据传输的基本单位是数据块，在主机与 I/O设备之间每次至少传递一个数据块；
➢ 所传送的数据块是从设备直接送入内存；
➢ 在传送一个或多个数据块的开始和结束才需 CPU干预，传送过程是在控制器的控制下完 成
DMA方式
向I/O控制器 发布读块命令
CPU→DMA CPU做其它事
读DMA 控制 器的状态
➢ 与设备的无关性 ➢ 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
I/O系统的功能、模型和接口
➢ I/O系统的层次结构和模型
➢ I/O系统的层次结构
I/O系统的功能、模型和接口
➢ I/O系统的层次结构和模型
➢ I/O系统中各种模块之间的层次视图
I/O设备的控制方式
➢ I/O通道控制方式
➢ 与DMA方式的区别
➢ 通道控制方式与DMA方式相类似，也是一 种内存和设备直接进行数据交换的方式。与 DMA方式不同的是，在通道控制方式中， 数据传送方向、存放数据的内存始址及传送 的数据块长度均由一个专门负责输入/输出 的硬件——通道来控制。
➢ 另外，DMA方式每台设备至少需要一个 DMA控制器，而通道控制方式中，一个通 道可控制多台设备与内存进行数据交换
➢ PCI(Peripheral Component Interface)总 线
中断机构和中断处理程序
➢ 中断简介
➢ 中断和陷入： ➢ 中断：外部设备引起 ➢ 陷入：CPU内部事件引起
➢ 中断向量表和优先级 ➢ 对多中断源的处理方式
➢ 屏蔽（禁止）中断 ➢ 嵌套中断
中断机构和中断处理程序
➢ 中断处理程序
数据 状态 控制
I/O设备和设备控制器
第6章输入输出系统
➢ I/O端口地址是主机和外设直接通信的地址。 ➢ 若干个端口（通常有：数据端口、控制端口、
状态端口）加上相应的控制逻辑电路组成接口。
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第6章 输入输出系统
程序控制传送方式的缺点 ➢ 程序控制传送方式需要不断查询外设的状态，
大量时间花在等待循环中，当主机与中、低 速外设交换信息时，大大降低了CPU的利用 率； ➢ CPU与外设串行工作 ； ➢ 不能发现和处理随机事件 （如：错误和异常）。
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第6章 输入输出系统
6.3 程序中断传送方式
当外设数据准备完毕时向CPU发出中断请求， CPU响应中断时完成数据的传送过程。 6.3.1 中断的基本概念 6.3.2 中断请求和中断判优 6.3.3 中断响应和中断处理 6.3.4 多重中断与中断屏蔽 6.3.5 程序中断方式接口的基本结构及工作过程
2）I/O端口地址的编址方式
① 统一编址（存储器映射方式） PDP—11机采用统一编址方式，把主存的高 4KB地址（f000h---ffffh）留给外设寄存器和 CPU寄存器。
② 独立编址（I/O映射方式） INTEL 80x86采用独立编址方式，I/O地址空 间由64K个8位端口组成，二个连续的8位端口 可作为16位端口处理，四个连续的8位端口可 作为32位端口处理。
查询的中断源优先级最高。
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第6章 输入输出系统
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第6章 输入输出系统
（2）硬件排队
V
110101
110100
编码电路
110111
0 1 2 总线 3 4 5
第-6-章-输入输出系统
02.01.2021
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6.2 总线系统(略)
• 6.2.1 总线分类（略）
• 1. 按允许的数据传送方向分
• ① 单向传输 (单工)总线
• 只能将信息从总线的一端传输到另一端，不能反 向传输的总线。
• ② 双向传输 (双工)总线
• 可以在总线两端双向传输信息的总线。
• 半双工总线：可以在两个方向上轮流传输信息的 总线。
• ⑴ I/O系统应面向操作系统，对用户透明何连接外设；如何 建立外设与主存/CPU之间的数据通路；如 何支持I/O操作与其他操作的并行执行。 • ⑵ 尽量减少系统瓶颈，保证系统的信息流 量平衡。
• 信息流量：单位时间内所能传送的信息量。
1/0.19≈5
02.01.2021
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• 可见在CPU速度提高10倍时，系统总 的性能仅提高5倍。
• 同理，即使CPU处理速度提高 100倍， 系统的性能也只能提高10倍。
• 因此，如果I/O处理的速度不提高，那 么即使CPU处理速度提高很多，整个 系统性能提高也是有限的。
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处理机与外界的关系
据并进行修改，然后再写入目标模块。 • ④ 写后读操作：先进行写操作，然后进行读操作。
主要用于检测设备。 • ⑤ 块传输操作：传送一个起始地址后，传输多个
数据，各数据的地址顺序排列。
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常用的总线释放方式
• ① 用完后立即释放：每次总线操作完成时释放， 下次使用时需重新申请。
• ② 有新请求时释放：有其它模块请求时才释放。 如单机系统中的CPU。
• 信息的传输由总线主模块启动，一条总线上可以 有多个具有主模块功能的设备，但在同一时刻只 能有一个主模块控制总线的传输操作。
第6章输入输出系统解析
2020/8/10
阜阳师范学院计算机与信息学院
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（2） I/O系统中各种模块之间的层次视图
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阜阳师范学院计算机与信息学院
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6.1.3 I/O系统接口
（1） 块设备接口
控制磁盘存储器和光盘存储器设备的输入或输出
（2）流设备接口
控制字符设备的输入或输出
（3）网络通信接口
提供相应的网络软件和网络通信接口
❖ 三种信号：
（1）数据信号：双向，有缓存
（2）控制信号：控制器发给设备；要求其完成相关操作
（3）状态信号：设备发给控制器；
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6.2.2 设备控制器
（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
6.7 缓冲区管理
主要功能有缓冲区管理、设
6.8 磁盘存储器的性能和调度
备分配、设备处理、虚拟设 备及设备独立性等。
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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 6.1.2 I/O系统的层次结构和模型 6.1.3 I/O系统接口
数行据线控制在可设制12。..一以备器数个连。中设设据设接相便备备寄备一应有控控存控个地一制 制器制或，个器多在或器器上个控多与与设接，处设备口控理备制机的器的接与接口处理口控与机制设的器备
数据 状态
个3.设备I/接O口逻，辑一个接该接口用于实现CP接U与口1
控制
口连接控一制个/状设态备。在设备控制器之间的通信。
第6章 格式输入输出
分析下列程序的输出结果。 I=56 J=1247 K=5126 WRITE(*,10)I,J,K 10 FORMAT(1X,2(I5,2X)/) END 输出结果为： □□□56□□□1247 (空一行) 5126
总 结
FORTRAN 90提供的编辑描述符很多，这给初学者学习 带来了困难，但一些编辑描述符也有共同特点，把握 这些特点以后也就不难掌握了。 可重复编辑描述符是用来决定对应输入输出项的输入输 出格式的，其中都有字段宽度w，而且对于输入都是 从输入记录中取w个字符，对于输出都是在输出记录 w 中输出w个字符。但问题是，在输入时，取得的w个 字符按什么规则加工后传送到对应的输入项。在输出 时，当输出项实际包括的字符的个数和编辑符中所确 定的字段宽度(对于数值型数据还有小数位数)之间不 相符时，如何输出?读者可以分数值型、逻辑型、字 符型进行总结。
二、格式输入输出语句
1．格式输出 PRINT f,输出项 其中f是格式说明符，指明了输出所用的格式。它有以下 三种形式： (1)格式说明符是一个“*”，表示输出使用表控格式。 (2)格式说明符是一个字符常量。例如 PRINT '(1X,2F7.3)',X,Y (3)格式说明符是格式语句(FORMAT)的语句标号。例如 PRINT 100,A,B,C 100 FORMAT(1X,F9.4,2F7.3) WRITE(u,f) 输出项 其中u是设备号，用于指明具体使用的输出设备。u可以 是一个无符号整数，还可以是星号*。*表示系统预先约 定的外部设备，一般为显示器。
实验七 格式输入输出
字符型数据编辑描述符 字符型数据的输入输出用A编辑符。其一般格式是： rAw 其中字段宽度w可以省略，省略时，输入输出项的字段宽度隐含为对 应的字符型输入输出项的长度l。 (1)A编辑符的输入规则：当w>l时，从w个字符中取出最右边l个字 符送给对应的输入项。当w<l时，当w个字符全部送入输入项，并 靠左对齐，右边补l-w个空格。这一点同字符赋值语句的规则是相 同的。 (2)A编辑符的输出规则：在输出记录中，Aw编辑符所对应的输出项 一定占w个字符的宽度，但输出项实际包含字符的个数l可能与w 不一致。当w=l时，输出项所有的字符全部输出。当w>l时，输出 项所有的字符全部输出，并且靠右对齐，左补w-l个空格。当w<l 时，输出项最左边w个字符输出。当w省略时，按输出项的长度输 出，这是最方便的形式。
第6章 输入／输出
直接地址译码
例如 IBM PC系统板上的接口地址译码就是采 系统板上的接口地址译码就是采 用此种译码寻址方式 总共10位地址线 总共 位地址线 A4不参加译码 译码器控制端位A 译码器控制端位 5—A9和AEN A0—A3为片内译码地址 I/O端口地址分配表见 端口地址分配表见P148表6-1 端口地址分配表见 表
端口的意义
接口内部通常设置有若干个寄存器，用来暂存 接口内部通常设置有若干个寄存器，用来暂存CPU和 和 外设之间传输的数据、状态和控制信息， 外设之间传输的数据、状态和控制信息，这些寄存器 被称为端口 端口根据寄存器内暂存的信息可分为： 端口根据寄存器内暂存的信息可分为： ◆数据端口、控制端口和状态端口 数据端口、 ◆数据的输入／输出：CPU对数据端口进行一次读或 数据的输入／输出： 对数据端口进行一次读或 写操作 ◆控制信息的输出：CPU把若干位代码写入控制端口 控制信息的输出： 把若干位代码写入控制端口 ◆状态信息的获取：CPU对状态端口进行一次读操作 状态信息的获取： 对状态端口进行一次读操作
6.2.2 输入输出指令
1. 输入输出指令 I/O端口与 端口与CPU之间的通信由累加器通过 和 之间的通信由累加器通过IN和 端口与 之间的通信由累加器通过 OUT指令来完成 指令来完成 端口最多有65536个(64K)，即0000H～FFFFH 个 端口最多有 ， ～ 端口号<256(一个字节 采用长格式，端口 一个字节),采用长格式， 端口号 一个字节 采用长格式 地址可以直接在指令中给定 端口号>=256,采用短格式，端口号先放到 采用短格式， 端口号 采用短格式 DX 寄存器中，再用指令传送信息 寄存器中，
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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。
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
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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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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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
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
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信号 数据
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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
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系 统
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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
磁盘
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磁带
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硬件连接结构
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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。
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系 统
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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
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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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系 统
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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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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。
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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
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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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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。
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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。
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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。