操作系统总结之输入输出系统（上）

1.隐藏物理设备的细节

2.与设备的无关性

3.提高处理机和I/O设备的利用率

4.对I/O设备进行控制

5.确保对设备的正确共享

6.错误处理

说明：1、2是为了方便用户使用I/O设备。3、4是用于提高CPU与I/O设备的利用率。5、6是为了用户在共享设备时提供方便，以保证系统能够有条不紊的运行，当系统发生错误时能够及时发现错误，甚至于自动修正错误。

1.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

(1) 中断处理程序。

(2) 设备驱动程序。

(3) 设备独立性软件。 

1.按使用特性分:

(1) 存储型设备 

(2) 输入型设备（外设 => 主机） 

(3) 输出型设备（主机 => 外设） 

(4) 输入输出型设备

2.按信息交换的单位分:

(1) 块设备——以数据块为单位存储、传输信息

(2) 字符设备——以字符为单位存储、传输信息

3.按外部设备的从属关系分:

(1) 系统设备——指操作系统生成时，登记在系统中的标准设备。（如终端、打印机、磁盘机等）

(2) 用户设备——指在系统生成时，未登记在系统中的非标准设备。对于这类设备的处理程序由用户提供，并将其纳入系统，由系统代替用户实施管理。

I/O设备一般由机械和电子两部分组成:

(1) 机械部分是设备本身。

(2) 电子部分叫做设备控制器或适配器。（在小型和微型机中，它常采用印刷电路卡插入计算机中）

说明 ：一般由它与CPU的接口，与I/O设备的接口和I/O逻辑三部分组成 ！！ ！

1.控制器是CPU与I/O设备之间的接口。

2.接收从CPU发来的命令, 并控制I/O设备工作。

3.当控制器接受一条命令后，可独立于CPU完成指定操作，CPU可以转去执行其它运算。命令完成时，控制器产生一个中断，CPU响应中断，控制转给操作系统。

4.CPU通过读控制器寄存器中的信息，获得操作结果和设备状态。

1.地址识别: 
   识别I/O端口地址, 使I/O操作与设备对应。

2.接收和识别命令指挥设备执行:
   接收CPU通过I/O总线发来的命令和参数, 存储在控制器中相应的控制寄存器中, 并对它进行译码识别, 转换成适当的电信号, 通过控制器与设备的接口向设备发送, 指挥设备执行特定的操作。

3.接收和记录设备的状态:

   接收从设备发来的电信号, 进行转换和解释, 变为设备的状态信息, 将此结果记录在控制器的状态寄存器上, 供CPU了解。

4.数据交换、数据缓冲、差错控制:
   实现CPU↔控制器↔设备的数据交换, 从而实现了CPU到设备的数据传递和设备到CPU的数据传递。

举例: 
   典型的设备控制器是磁盘控制器, 它从I/O总线上接收发来的诸如“写这个数据块”之类的高级命令, 并对它进行译码识别, 转换成诸如“把磁头定位在正确的磁道上”和“把数据写入这个磁道”之类的低级磁盘操作的电信号, 指挥磁盘驱动器执行这些操作, 每执行一步都要将磁盘驱动器的发来的电信号进行转换和解释, 变为设备的数据状态信息, 将此结果记录在控制器的状态寄存器上, 供CPU了解。CPU根据此状态信息确定下一步如何操作。

1.专设I/O指令

例指令IN完成输入,指令OUT完成输出操作。其地址码指出I/O设备的设备代码。这是I/O空间独立于存储器空间的情况,即设备码的编码和存储器的存储单元的编码是平行存在的。

2.利用访存(取数/存数)指令完成I/O功能

从主存的地址空间中分出一部分地址码作为I/O的设备代码,当访问到这些地址时,表示被访的不是主存储器,而是I/O设备寄存器。(例如,设备的数据缓冲器或设备的状态寄存器)。 这时I/O空间和存储器空间是合在一起的,即I/O设备和存储单元是统一编址的。

引入通道的目的：