【思维导图】第六章 输入输出系统-
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计算机输入输出系统思维导图
提高 U和I/O设备之间的并行性
缓冲的引入（原因）
解决数据粒度不匹配的问题
即在 U计算的时候，将数据数据输入到缓冲 区(大小取决与T和C的大小)
多个缓冲区 多个指针
即允许 U连续工作（T不断） 组成
单缓冲区 双缓冲区
Ge u 过程 R ea u 过程
使用
同步问题
环形缓冲区（专为生产者和消费者打造）
由空缓冲区链接而成F( m )，L( m )分别指向 该队列首尾缓冲区
瓶颈问题
数组多路通道
含有多个非分配型子通道，前两种通道的组合， 通道利用率较好
原因;通道不足
解决办法：增加设备到主机间的通路，而不增加 通道（结果类似 S触发器）
中断机构和中断处理程序
中断
分类
中断（外部触发）
对外部I/O设备发出的中断信号的响应
陷入（内部原因：除0）
由 U内部事件引起的中断
中断向量表（类比51单片机）
中断程序的入口地址表
中断优先级
对紧急程度不同的中断处理方式
对多中断源的处理方式
屏蔽中断 嵌套中断
测定是否有未响应的中断信号
中断处理程序
保护被中断进程的 U环境 转入相应的设备处理程序
中断处理
恢复 U 的现场并退出中断
设备驱动程序
是I/O进程与设备控制器之间的通信程序，又由 于它常以进程的形式存在，故以后就简称为设备 驱动进程
对数据所进行的I/O操作，已从对低速设备演变 为对输入井或输出井中的数据存取。
po n 技术是对脱机输入/输出系统的模拟
输入/输出井
输入/输出缓冲区 输入/输出进程
主要组成
井管理程序
提高了I/O的速度
假脱机系统（ po n ）
缓冲的引入（原因）
解决数据粒度不匹配的问题
即在 U计算的时候，将数据数据输入到缓冲 区(大小取决与T和C的大小)
多个缓冲区 多个指针
即允许 U连续工作（T不断） 组成
单缓冲区 双缓冲区
Ge u 过程 R ea u 过程
使用
同步问题
环形缓冲区（专为生产者和消费者打造）
由空缓冲区链接而成F( m )，L( m )分别指向 该队列首尾缓冲区
瓶颈问题
数组多路通道
含有多个非分配型子通道，前两种通道的组合， 通道利用率较好
原因;通道不足
解决办法：增加设备到主机间的通路，而不增加 通道（结果类似 S触发器）
中断机构和中断处理程序
中断
分类
中断（外部触发）
对外部I/O设备发出的中断信号的响应
陷入（内部原因：除0）
由 U内部事件引起的中断
中断向量表（类比51单片机）
中断程序的入口地址表
中断优先级
对紧急程度不同的中断处理方式
对多中断源的处理方式
屏蔽中断 嵌套中断
测定是否有未响应的中断信号
中断处理程序
保护被中断进程的 U环境 转入相应的设备处理程序
中断处理
恢复 U 的现场并退出中断
设备驱动程序
是I/O进程与设备控制器之间的通信程序，又由 于它常以进程的形式存在，故以后就简称为设备 驱动进程
对数据所进行的I/O操作，已从对低速设备演变 为对输入井或输出井中的数据存取。
po n 技术是对脱机输入/输出系统的模拟
输入/输出井
输入/输出缓冲区 输入/输出进程
主要组成
井管理程序
提高了I/O的速度
假脱机系统（ po n ）
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。
操作系统第6章 输入输出系统
以ppt为主，上课没讲的，不会考！！！计算机系统的一个重要组成部分是I/O系统。
操作系统，仅给出设备驱动程序接口！！！下面一段，记住，背过！！！在该系统中包括（1）、有用于实现信息1）、输入、2）、输出和3）、存储功能的设备（2）、相应的设备控制器，而设备管理的基本任务是完成用户提出的I/O请求，提高I/O速率以及改善I/O设备的利用率。
设备管理的主要功能有缓冲区管理、设备分配、设备处理、虚拟设备及实现设备独立性等。
我们主要对I/O设备和设备控制器等硬件作一扼要的阐述。
“6.1 6.2 较零碎，会考选择、填空！！！小题。
”6.1 I/O系统的功能、模型和接口（1）、I/O系统的主要任务P178完成用户提出的I/O请求，提高I/O的速率，以及提高设备的利用率，并能为更高层的进程方便地使用这些设备提供手段。
（2）、I/O系统的层次结构P1801)用户层I/O软件2)设备独立性软件3)设备驱动程序4)中断处理程序（3）、I/O系统接口P181根据设备类型的不同，可分为若干个接口。
6.2 I/O设备和设备控制器（重点！！！需要记住！！！！），会出题将分为以下两部分来了解I/O设备：（1）I/O设备的类型（2）设备与控制器之间的接口（1）、I/O设备的类型（很重要！！每种分类标准，分为哪些类，都记住！！！）I/O设备的类型繁多，从OS观点看，其重要的性能指标有：数据传输速率、数据的传输单位、设备共享属性等。
因而从以下不同角度进行分类。
1)按传输速率分类P183“会填空！！”1.低速设备：传输速率仅为每秒钟几个字节至数百个字节的一类设备。
如键盘、鼠标、语音输入和输出设备等。
2.中速设备：传输速率为每秒钟数千个字节至数万个字节的一类设备。
如行式打印机、激光打印机等。
3.高速设备：传输速率为每秒钟数百千个字节至数十兆字节的一类设备。
如磁带机、磁盘机、光盘机等。
2)按信息交换的单位分类P182，记住！！！要会填空！！1.块设备：用于存储信息。
《输入输出系统 》课件
详细描述
物联网技术将使家居用品和设备实现互联互 通，用户可以通过手机、平板等设备远程控 制家中的电器、照明、安全系统等。智能家 居系统可以根据用户的生活习惯和需求自动 调节室内温度、湿度、照明等，提高居住的
舒适度和能源利用效率。
感谢您的观看
THANKS
VS
详细描述
随着传感器技术、微处理器技术和人机交 互技术的发展，可穿戴设备的功能将越来 越强大，能够监测用户的健康状况、提供 运动数据、甚至实现远程控制。它们将不 仅仅是一种时尚配件，而是成为人们生活 中不可或缺的一部分。
虚拟现实与增强现实技术
总结词
虚拟现实与增强现实技术是未来输入输出系 统的另一重要趋势，它们将为用户提供更加 沉浸式的体验和更加真实的交互方式。
常见的音频接口包括3.5mm接口、RCA接口、光纤 接口等，不同的接口有不同的传输质量和效果。
音频质量
音频采样率、比特率、声道数等都会影响音频质量 。
投影仪
投影仪类型
LCD投影仪、DLP投影仪、3LCD投影仪等，每种 投影仪都有其独特的特点和应用场景。
投影画面尺寸
投影画面尺寸可以根据实际需要调整，但也会受 到投影仪性能的限制。
喷墨打印机、激光打印机、热升华打印机等，每种打 印机都有其适用的打印需求和场景。
打印介质
纸张、照片纸、光面纸等，不同的打印介质会影响打 印质量和效果。
打印质量
分辨率、颜色鲜艳度、墨水质量等都会影响打印质量 。
音响设备
音响类型
立体声、环绕声、家庭影院等，不同的音响类型有 不同的音效表现和适用场景。
音频接口
详细描述
虚拟现实技术通过创建虚拟的环境，使用户 仿佛置身于一个全新的世界中。增强现实技 术则通过将虚拟元素与现实世界相结合，增 强用户的感知和认知。这些技术将广泛应用 于游戏、教育、医疗等领域，为用户带来更 加丰富和深入的体验。
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。
体系结构第6章 输入输出系统 第1讲
计算机体系结构
磁带
对磁带而言，最大的优点是容量极大、技术成熟、单位 价格低廉。最大的缺点是访问时间较长。这种差异恰好 使得磁带成为磁盘的备份技术。
宽0.38cm~1.27cm;长183m~731.5m; (110G以上）
计算机体系结构
谢谢！
计算机体系结构
计算机体系结构
磁盘访问时间例题
磁盘访问时间=
寻道时间
9ms
0.5 +旋转时间 7200RPM
+传输时间 0.5KB 4.0MB / S
+控制器时间 1ms
9 m 0s . 5 0. 5 1 m K 9 4 0 B s .2 .1 1 12 4 724 0. 0 0 R M PB M /s
T A R 10 0.0 5 0 r100 0r0 ./5s m 0 r0 0./0 6 3 0 0.3 r0/sms
计算机体系结构
磁盘访问时间
磁盘访问时间=寻道时间+旋转时间+？
计算机体系结构
磁盘访问时间
传输时间是指在磁头下传输一个数据块(通常是一个 扇区)所需花的时间。它由块的大小、旋转速度、磁 道记录密度和连接磁盘电子器件的速度确定。
计算机体系结构
磁盘访问时间
磁盘访问时间=寻道时间+？
计算机体系结构
磁盘访问时间
所需扇区转到磁头之下所需要的时间称为旋转时间。大 部 分 磁 盘 的 转 速 在 3600rpm 到 10,000rpm ， 平 均 延迟是磁盘转半圈的时间，所以对大部分磁盘的平均旋 转时间TAR为：
0.5r 0.5r T A R 3600 3r 6/0m 0 0/6 .00 0 8 r .3 8 /m s3ss
国家精品课程：计算机体系结构
磁带
对磁带而言，最大的优点是容量极大、技术成熟、单位 价格低廉。最大的缺点是访问时间较长。这种差异恰好 使得磁带成为磁盘的备份技术。
宽0.38cm~1.27cm;长183m~731.5m; (110G以上）
计算机体系结构
谢谢！
计算机体系结构
计算机体系结构
磁盘访问时间例题
磁盘访问时间=
寻道时间
9ms
0.5 +旋转时间 7200RPM
+传输时间 0.5KB 4.0MB / S
+控制器时间 1ms
9 m 0s . 5 0. 5 1 m K 9 4 0 B s .2 .1 1 12 4 724 0. 0 0 R M PB M /s
T A R 10 0.0 5 0 r100 0r0 ./5s m 0 r0 0./0 6 3 0 0.3 r0/sms
计算机体系结构
磁盘访问时间
磁盘访问时间=寻道时间+旋转时间+？
计算机体系结构
磁盘访问时间
传输时间是指在磁头下传输一个数据块(通常是一个 扇区)所需花的时间。它由块的大小、旋转速度、磁 道记录密度和连接磁盘电子器件的速度确定。
计算机体系结构
磁盘访问时间
磁盘访问时间=寻道时间+？
计算机体系结构
磁盘访问时间
所需扇区转到磁头之下所需要的时间称为旋转时间。大 部 分 磁 盘 的 转 速 在 3600rpm 到 10,000rpm ， 平 均 延迟是磁盘转半圈的时间，所以对大部分磁盘的平均旋 转时间TAR为：
0.5r 0.5r T A R 3600 3r 6/0m 0 0/6 .00 0 8 r .3 8 /m s3ss
国家精品课程：计算机体系结构
OS06输入输出系统
网络工程系 曾令明
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
网络工程系 曾令明
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
网络工程系 曾令明
I/O系统的功能、模型和接口
I/O系统接口
块设备接口
流设备接口：字符设备接口 网络通信接口
设备驱动程序
设备驱动程序的处理过程
检查I/O
读出和检查设备的状态
传送必要的参数
工作方式的设置
启动I/O设备
网络工程系 曾令明
I/O设备的控制方式
按照I/O控制器功能的强弱，以及和 CPU之间联系方式的不同，对I/O设备 的控制方式分类， 主要差别在于：中央处理器和外围设备 并行工作的方式不同，并行工作的程度 不同
网络工程系 曾令明
I/O设备的控制方式
程序I/O方式
在这种方式下，输入输出指令或询问指令测试 一台设备的忙闲标志位，决定主存储器和外围 设备是否交换一个字符或一个字 一旦CPU启动I/O设备，便不断查询I/O设备 的准备情况，终止原程序的执行，浪费CPU时 间； I/O准备就绪后，CPU参与数据传送工作，而 不能执行原程序， CPU和I/O设备串行工作，使主机不能充分发 挥效率，外围设备也不能得到合理使用，整个 系统效率很低。
数据信号线
状态信号线
缓冲
转换器
信号 数据
控制逻辑 控制信号线
网络工程系 曾令明
I/O设备和设备控制器
设备控制器
设备控制器是CPU和设备之间的一个接口,它接 收从CPU发来的命令,控制I/O设备操作,实现主 存和设备之间的数据传输。 控制器接受一条命令后， CPU 可以转向其它工 作，而设备控制器自行完成具体的 I/O 操作； 当命令执行完毕后，控制器发出一个中断信号， 以便OS重新获得CPU的控制权并检查执行结果 设备控制器是一个可编址设备 , 当它连接多台 设备时,则应具有多个设备地址
计算机组成原理-输入输出系统-电子工业出社--罗克露
IRQ Q
IRQ DC
TD TM
IRQ INT
低位
并行总线
发送部件
并—串 转换
传送数据 10110101
串行总线
接收 部件
接收部件
串—并 转换
三、接口的功能与分类
1、接口功能主要有4点： 寻址 数据缓冲 数据格式变换、电平转换 控制逻辑
2、接口分类 并行接口与串行接口 同步接口与异步接口 中断接口、DMA接口 等等
3、接口的主要部件组成：
数据缓冲器
设备地址识别线路
设备状态寄存器
主机命令字寄存器
数据格式转换
控制逻辑
0000
0000
7FFF 8000
FFFF
主存地址 空间
I/O 地址空间
例：统一编址方式
4、I/O接口（I/O设备） 的编址方式
主存地址 空间
（1） 统一编址方式 （2） 独立编址方式 FFFF
000 I/O
地址空间
3FF
例： 独立编址方式
一、主机与外设的连接模式
1、总线型 是微型计算机中最常用的系统结构形式，见
下图。
地址锁存器
地址总线
CPU 数据缓冲器
数据总线
总线控制器
控制总线
适
中 DMA 接口
主 断控
存
控 制 器
制 器
I/O 设备
接口 配 器
I/O 设备
外 围
设
备
优点： 结构简单、易于扩展、易于实现。 缺点： 信息吞吐量有限、速度较慢。
二、总线操作时序
1、同步控制方式
总线周期时钟ຫໍສະໝຸດ T1T2T3
T4
地址
读命令
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
2020/8/10
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；
2020/8/10
阜阳师范学院计算机与信息学院
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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。
2020/8/10
阜阳师范学院计算机与信息学院
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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。