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输入输出系统（i/o系统）

一.现代计算机的结构

二.常见的（I/O设备或者是外部设备）

​ 三.主机如何与I/O设备进行交互

 四.I/O控制方式简介

五.I/O系统的基本组成

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输入输出系统（i/o系统）

一.现代计算机的结构

二.常见的（I/O设备或者是外部设备）

 三.主机如何与I/O设备进行交互

I/O接口：又称I/O控制器、设备控制器，主要负责协调主机与外部设备之间的数据传输；

I/O控制器多种多样，也会指定相应的标准，如：用于控制USB设备的IO接口、用于控制SATA3.0硬盘的IO接口等（I/O控制器就是一块芯片，常被集成在主板上） 

I/O接口会进行数据的交互，信息的传输 ，需要它的中转和处理；

 四.I/O控制方式简介

在我们打程序代码时，可以看到在编译运行之后并不会直接输出，而是会等待键盘I/O完成；

cpu如何控制键盘I/O的完成呢？

 在I/O接口里面有数据寄存器（存放I/O设备输入的数据），控制寄存器（存放例如让键盘上哪个灯亮灭），状态寄存器（打印机是否就绪，或者是否没有纸了）；

CPU通过控制总线发出一个读的命令，同时可以通过地址总线来指明他要控制的是哪一个设备，还可以用于指明设备读入的数据应该放在那个数据寄存器里面；

1) 程序查询方式:CPU不断轮询检I/O控制器中的“状态寄存器”后，，检测到状态为“已完成”之再从数据寄存器取出输入数据（这种方法比较笨，例如上面那个例子如果你一直没有给键盘的输入就会一直等着）；

2) 程序中断方式:等待键盘/0时CPU可以先去执行其他程序，键盘I/0完成后I/O控制器向CPU发出中断请求，CPU响应中断请求，并取走输入数据；

数据流下所示：

键盘->I/O接口的数据寄存器->数据总线->CPU某寄存器->主存 (变量i的对应位置)

两种控制方式的比较图：

思考：对于快速I/O设备，如“磁盘”，没准备好一个字就给cpu发送一次中断请求，会导致什么问题呢？

CPU会使用大量的时间来处理中断服务程序，CPU利用率严重下降。

3）DMA控制方式：主存与高速I/O设备之间有一条直接数据通路 (DMA总线)。CPU向DMA接口发出“读/写”命令，并指明主存地址、磁盘地址、读写数据量等参数。

DMA控制器自动控制磁盘与主存的数据读写，每完成一整块数据读写(如1KB为一整块) ，才向CPU发出一次中断请求；

DMA控制可以看到上图中CPU和DMA接口共享主存，所以当DMA访问主存的时候CPU就不可以访问主存了；

 DMA控制器与主存每次传送一个字。当传送完一整块的数据后猜想CPU发出中断请求；

它与程序中断方式的区别就在于可以让CPU执行程序的时间更长一些，DMA只占用一个存取周期，而程序中断方式需要占用多个存取周期，每传一个字都要发送一个中断请求。

4）通道控制方式
通道:可以理解为是“弱鸡版的CPU”通道可以识别并执行一系列通道指令，通道指令种类、功能通常比较单一；

五.I/O系统的基本组成