电脑基础知识输入输出系统

3、与设备无关性
外围设备的类型、规格、特性多种多样，它们输出数据 和接收数据的方式，数据的格式差异很大，因此，设备 与处理机的连接方式也很不相同。计算机系统为了能够 适应各种外围设备的不同要求，规定了一些独立于具体 设备的标准接口。
各种外围设备必须根据自己的特点和要求，选择其中的 一种标准接口与处理机进行连接。凡是连接到同一种标 准接口上的不同类型设备，它们之间的差异必须由设备 本身的控制器通过硬件和软件来进行填补。这样，处理 机本身就无需了解各种外围设备特定的具体工作细节， 可以采用统一的硬件和软件对品种繁多的设备进行管理。
4.1 输入输出原理
输入输出系统是处理机与外部世界进行交往或通信的 手段，计算机用户通过输入输出设备来访问处理机。
输入输出系统：在计算机系统中，通常把处理机和主 存储器之外的部分统称为输入输出系统，它包括输入输出 设备、输入输出接口和输入输出软件等。
外部世界：指处理机以外的需要与处理机交换信息的 人和物，主要包括本地和远程用户、系统操作员、操作控 制台、输入输出设备、辅助存储器、其它处理机、各种通 信设备和虚拟现实系统等。
输入输出设备：与处理机交换信息的各种设备统称为 输入输出设备，或者称为外围设备。
4.1.1 输入输出系统的特点
输入输出系统品种繁多，性能迥异，使得输入输出系统在计算机系统中具有多 样性和复杂性。 输入输出系统的特点集中反映在异步性、实时性和与设备无关性三个基本项上， 这些特点对输入输出系统的组织将产生决定性的影响。 输入输出系统的多样性不仅表现在输入输出设备的品种、功能、技术指标等诸 方面，还表现在这些设备广泛地涉及到机、光、电、磁、声、自动控制等多种 学科。从计算机学科来看，输入输出系统最典型地反映着硬件与软件的相互结 合。 现代计算机输入输出系统的复杂性一般都隐藏在操作系统之中，一般用户只需 通过一些简单的命令或程序调用就能使用各种输入输出设备，而无需了解各种 输入输出设备的具体工作细节。
4． 了解中断发生时需要做的现场保存和恢复 工作，以及中断发生时的软硬件功能分配。
5． 掌握通道的流量计算和分析。 6． 了解通道的工作原理和三种通道的数据传 送过程。
【难重点】
1． 中断优先级和中断屏蔽的原理和方法 2． 通道中的数据传送过程及流量分析计算。 3． 三种基本输入输出方式特点及使用场合， 能够使用程序控制输入输出方式和直接存储 器访问方式（DMA方式）编写基本的输入输 出程序(要求能够画出程序框图)。 4． 中断系统的软硬件功能分配。
输入输出系统的复杂性还表现在处理机本身和操作系统所产生的一系列随机 事件也要调用输入输出系统来进行处理，例如，中断和自陷等。
输入输出系统所处理的外部世界的多样性和复杂性。
图中列出了各类的外围设备、随机事件的类型以及处 理机所提供的处理环境。如果不借助功能强大、灵活 多变的软件，便不可能解决输入输出系统的多样性、 复杂性与使用的统一性、方便性之间的矛盾。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
【学习目标】
1． 掌握计算机系统中的三种基本输入输出方 式，即程序控制输入输出方式、中断输入输出方式 和直接存储器访问方式的原理和特点。
2． 能够根据要求，画出某一种输入输出设备 采用程序控制输入输出方式或DMA输入输出方式的 程序流程图。
3． 掌握楚在中断系统中如何设置优先级，学 会如何设置中断屏蔽位。
【课前思考】
1． 输入输出系统有什么特点？如何组织输入输出系统来体现这些特点？ 2． 在一般计算机系统中，基本的输入输出方式有哪几种？他们分别适用 于什么场合？ 3． 程序控制输入输出方式有哪些主要特点？能够画出用程序控制输入输 出方式控制输入输出设备工作的程序框图。 4． 在现代计算机系统中，为什么必须设置中断输入输出方式？中断方式 有什么特点？ 5． 什么是DMA输入输出方式？在什么情况下必须使用DMA方式来传送数 据？对于输入设备和输出设备，分别叙述用DMA方式传送数据的主要过程，目 前DMA方式主要有几种，分别是什么？ 6． 在现代的计算机系统中，为什么设置中断系统，包括哪些中断源？ 7． 在现代计算机的中断系统中，为什么设置中断优先级，如何设置中断 优先级？中断系统中的软硬件功能如何分配，需要考虑什么因素？ 8． 识别中断源主要有几种方法，它们的优缺点各是什么？ 9． 中断发生时，现场的保存和恢复需要做哪些工作？ 10．设置中断屏蔽有什么好处？ 11．通道的有什么作用，它是如何工作的，通道有几种类型，相互之间有 什么区别？ 12．输入输出处理机有什么作用，与通道处理机有什么区别？
接存储器存取（DMA）方式工作。
2、实时性
当外围设备与处理机交往时，由于设备的类型 不同，它们的工作步调是很不相同的，信息传输的 速率也相差悬殊，传送方式极不统一。有的设备每 次只传送一个字符，如打印机和终端设备等，传输 速度为每秒钟几个到几十个字符。有的设备按数据 块或按文件为单位传送，如磁盘、磁带存储器等， 每秒钟要传送几到几十兆字符。处理机必须按照不 同设备所要求传送方式和传输速率不失时机地为设 备提供服务，包括从设备接收数据，向设备发送数 据及对设备进行控制等。如果错过了服务的时机， 就可能丢失数据，或造成外围设备工作的错误。
1、异步性
外围设备相对于处理机通常是异步工作的。 输入输出设备的工作在很大程度上独立于处理机之外，通常不使用 统一的中央时钟，各个设备按照自己的时钟工作，但又要在某些时 刻接受处理机的控制。 外围设备的工作过程通常是这样的，当设备准备好与处理机交往时 （对于输入设备是指数据寄存器满，对于输出设备是指数据寄存器 空），要向处理机申请服务。对于处理机来说，这个时刻一般随机 的，两次申请之间可能要经过恒长时间，这就造成了输入输出相对 于处理机的异步性和时间的任意性。 当一个处理机管理多台外围设备时，必须做到在任意两次处理机与 设备交往的时刻之间，处理机仍然能够全速运行它本身的程序，或 者管理其它外围设备，从而保证处理机与外围设备之间，外围设备 与外围设备之间能够并行工作，无需互相等待。为了能够实现一个 处理机与多台外围设备并行工作，必须采用中断输入输出方式或直