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

设备管理