文档介绍：I/O硬件概念
常见I/O设备的分类
人-机交互设备(字节设备,发送接收以字节方式)；
存储类型设备(块设备,读写以数据块方式）；
网络通信的设备(网络接口，调制解调器)。
I/O设备的特点：
数据传输速率不同；
数据传输单位不同；
控制的复杂性不同；
设备的使用目的不同。
2021/1/1
1
操作系统设备管理知识点介绍
设备控制器（I/O部件）
I/O设备通常包含一个机械部件和一个电子部件。电子部件被称做I/O部件或设备控制器（当控制多设备时：又叫总线控制器，通道控制器）。
操作系统一般只与控制器打交道，而非设备本身。
早期CPU是直接控制外部设备的，在引入I/O部件之后，才将CPU逐渐从与外设的交互细节中解放出来。
2021/1/1
2
操作系统设备管理知识点介绍
PCI总线
控制器
处理机
（CPU）
主存
显卡
SCSI
控制器
外设
控制器
控制器
控制器
连接CPU、主存、设备控制器和I/O设备模型
磁带
磁盘
外设
SCSI总线
主板总线
设备控制器的功能：
1、接收和识别来自CPU的各种命令;
2、实现CPU与设备控制器、设备控制器与设备之间的数据交换;
3、记录设备的状态供CPU查询;
4、识别控制器的每个设备的地址;
2021/1/1
3
操作系统设备管理知识点介绍
控制器的任务是在外部设备与CPU（内存）之间完成比特流（外部信号）和字节流（块）之间的转换。
磁盘 控制器
主存
比特流
字节块
转换、校验
CRT 控制器
主存
显示信号
字节流
转换
2021/1/1
4
操作系统设备管理知识点介绍
每个控制器都有一些用来与CPU通信的I/O寄存器。操作系统通过向这些寄存器写命令字来执行I/O功能。
键盘
060 - 063
硬盘
320 – 32F
打印机
378 – 37F
软盘
3F0 – 3F7
彩色显示器
3D0 – 3DF
IBM PC的I/O地址
内存
0
k
n
控制器寄存器
2021/1/1
5
操作系统设备管理知识点介绍
I/O控制方式
（1）程序直接控制方式
CPU直接控制I/O操作的全过程，包括测试设备状态、发送读写命令、传输数据。
处理机指令集应包括下述指令：
控制类
测试类
读写类I/O。
示例: 从外存读数据块到内存(见下一页)
2021/1/1
6
操作系统设备管理知识点介绍
向I/O部件发读命令
读I/O部件状态寄存器
从I/O部件读字数据
将该字写入内存
未OK
OK
出错
OK
下一
指令
未OK
检查状态
该块读完?
2021/1/1
7
操作系统设备管理知识点介绍
（2）中断控制方式
优点： CPU不必反复测试，节约了时间。
缺点：仍然消耗大量的CPU时间
2021/1/1
8
操作系统设备管理知识点介绍
（3）DMA方式
DMA方式的思想：DMA（直接内存存取）负责完成整个I/O操作，无需再经CPU寄存器转发，并在全部传输结束后向CPU发中断信号。
给DMA的命令中应包括：
操作类别
I/O设备的地址
读写数据在内存中的首地址
字数。
向DMA部件发读命令
读取DMA部件状态
中断
中断后续处理
注意：DMA的功能可以以独立的DMA部件在系统I/O总线上完成，也可整合到I/O部件中完成。
缺点：DMA部件需与CPU竞争控制总线。
2021/1/1
9
操作系统设备管理知识点介绍
CPU直接控制外部设备
引入I/O部件，CPU直接控制I/O部件
引入中断驱动方式
引入DMA
I/O通道或I/O处理机
输入/输出控制方式的发展过程
2021/1/1
10
操作系统设备管理知识点介绍