I/O设备

1.分类

(1)存储设备或输入输出设备

(2)块设备或字符设备

(3)低速（键盘）中速（打印机）高速（光刻）设备

2.I/O控制方式

(1)程序直接控制方式

• 这种方式也可以称为查询方式， cpu 不断地去查询设备控制器是否将数据放到了数据存储器中，或者从数据存储器存到设备中，当完成 I/O 时 cpu 才能去干别的事

(2)中断方式

• 这种方式当 cpu 发出指令后就可以去干别的事，当设备控制器把数据存在数据存储器后，向 cpu 发出中断请求，然后 cpu 再来处理这部分数据( cpu 与I/O设备是并行工作的）（缺点：浪费时间）
• 每个数据传输时都要中断 cpu
• 在中断处理时由 cpu 来完成

(3)DMA 方式（直接内存访问）

• 虽然中断方式提高了 cpu 的利用率，但是数据寄存器有限，中断是以字节单位进行中断，也就是说读取或存储一个字节后就需要进行中断，那么其实 cpu 的利用率还是很低的，所以就诞生了 DMA 方式，这种方式由 DMA 控制器直接将设备中的数据以数据块为单位直接传输到内存中，当传输结束后才向 cpu 发起中断
• 优点： cpu 的界入频率进一步降低， cpu 与I/O设备的并行率提高
• 缺点：不能处理离散的一些数据块，只能处理一个或多个连续的数据块
• 传送一批数据，等到全部结束之后才通过 DMA 控制器来中断 cpu
• 在中断处理时由 DMA 来控制
• 是介于I/O设备与主存之间的一种方式，不经过 cpu

(4)I/O通道控制方式

①DMA 虽然大大地提升了 cpu 的利用率，但是 DMA 只能传输一个连续的数据块。所以引入了I/O通道的控制方式，I/O通道控制方式可以传输不连续的数据块，减少了 cpu 干预。 cpu 通过对 I/O 通道发出指令，然后让I/O通道自己工作，等数据传输完才向 cpu 发起中断

②一种硬件

③可理解为虚弱版的 cpu ，但与 cpu 不同的是它没有自己的内存，要与 cpu 共享内存

④介于内存与外设之间，不经过 cpu

引入缓冲的目的和缓冲区的设置方式

1.引入缓冲区的目的

(1)缓和 CPU 与外设间速度不匹配的矛盾

(2)提高 CPU 与外设之间的并行性

(3)减少对 CPU 的中断次数

(4)（磁盘的高速缓冲存储）

2.缓冲区的设置方式

(1)单缓冲：当数据到达率与离去率相差很大时，可采用单缓冲方式

(2)双缓冲：当信息输入和输出率相同（或相差不大）时，可利用双缓冲区实现两者的并行

(3)多缓冲：对于阵发性的输入、输出，为了解决速度不匹配问题，可以设立多个缓冲区

(4)循环缓冲区：按照使用状况可分为空

①缓冲队列

②输入队列

• 装满输入数据的一个缓冲队列

③输出队列

• 装满输出数据的一个缓冲队列

(5)缓冲区，非空不允许充入数据，不满也不可取出数据

(6)四个缓冲区★

• 收容输入数据的工作缓冲区
• 提取输入数据的工作缓冲区
• 收容输出数据的工作缓冲区
• 提取输出数据的工作缓冲区

常用设备分配技术

1.根据设备的使用性质

(1)独占设备

• 不能共享的设备，即：在一段时间内，该设备只允许一个进程独占。如打印机

(2)共享设备

• 可由若干进程同时共享的设备。如磁盘机

(3)虚拟设备

• 是利用某种技术把独占设备改造成可由多个进程共享的设备

2.针对三种设备采用的三种分配技术

(1)独占分配技术

• 是把独占设备固定地分配给一个进程，直到该进程完成I/O操作并释放它为止

(2)共享分配技术

• 通常适用于高速、大容量的直接存取存储设备。由多个进程共享一台设备，每个进程只用其中的一部分

(3)虚拟分配技术（假脱机技术 SPOOLing 技术）

①利用共享设备去模拟独占设备，从而使独占设备成为可共享的、快速I/O的设备。实现虚拟分配的最有名的技术是 SPOOLing 技术，也称作假脱机技术

②提高了I/O速率，并将独占设备改为共享设备，实现了虚拟设备的功能

③适用于输入井、输出井、输入设备、输出设备、输入缓冲区、输出缓冲区

④假脱机技术在用户层软件实现

⑤SPOOLing 系统组成

• 预输入程序
• 井管理程序
• 缓输出程序