计算机操作系统 5.3输入输出控制方式

掌握计算机中的输入输出操作计算机是现代社会中不可或缺的一部分，它可以实现各种功能，从处理大量数据到提供娱乐和媒体内容。

要完全掌握计算机使用的技能，了解输入输出操作是至关重要的。

本文将介绍计算机中的输入输出操作的概念、方法和应用。

一、什么是计算机中的输入输出操作计算机中的输入输出操作（Input/Output，简称I/O）是指计算机与外部设备之间的数据交互过程。

用户可以通过输入设备向计算机传输数据，而计算机则通过输出设备将结果或信息呈现给用户。

输入输出操作是计算机系统中的基本组成部分，它使得计算机能够与外部世界进行交流与互动。

二、计算机中的输入操作1. 键盘输入：键盘是计算机最基本的输入设备之一，它通过按键的方式向计算机输送数据。

用户可以通过键盘输入文字、数字、符号等信息。

2. 鼠标输入：鼠标可以通过手指的移动和点击操作向计算机传递指令和数据。

鼠标可以控制光标在计算机屏幕上进行定位、选中和操作。

3. 扫描仪输入：扫描仪可以将纸质文件或图片等物理形式的信息转换为计算机能够理解的数字数据。

扫描仪广泛应用于文档数字化、图像处理等领域。

4. 传感器输入：计算机可以通过传感器接收来自外部环境的信息，如温度、湿度、光强等。

传感器可以帮助计算机实现自动化控制和监测。

三、计算机中的输出操作1. 显示器输出：显示器是计算机输出设备的主要形式，它可以通过屏幕显示文字、图像和视频等信息。

显示器通常分为液晶显示器、LED显示器等多种类型。

2. 打印机输出：打印机可以将计算机中的文字、图像等信息输出到纸质媒体上。

打印机的种类有很多，包括喷墨打印机、激光打印机等。

3. 喇叭输出：计算机可以通过喇叭或音箱输出声音，实现音频播放和多媒体应用。

音频输出常用于音乐、电影和游戏等场景。

4. LED指示灯输出：计算机设备上的LED指示灯可以向用户显示设备的工作状态，如电源指示灯、硬盘运行指示灯等。

四、输入输出操作的应用1. 文字处理：通过键盘输入文字，然后通过显示器输出文字，实现对文档的编辑、存储和分享等功能。

操作系统中的输入输出设备管理与驱动程序输入输出设备是计算机系统与外部世界交互的重要途径，它负责在计算机与用户之间实现数据和信息的输入和输出。

在操作系统中，输入输出设备管理与驱动程序的设计和实现起着至关重要的作用。

本文将从输入输出设备的基本原理出发，介绍操作系统中的输入输出设备管理与驱动程序。

一、输入输出设备管理的意义输入输出设备管理是操作系统的重要组成部分，它的主要任务是协调计算机系统与外部设备之间的数据传输与交互。

输入输出设备管理的意义主要体现在以下几个方面：1. 提高系统资源利用率：输入输出设备管理可以协调系统中各种设备的使用，确保它们能够高效地进行数据传输。

通过合理的资源分配和调度，可以提高系统资源的利用率。

2. 提高系统可靠性：输入输出设备管理可以对设备进行统一管理和控制，并提供错误处理和容错机制，增强了系统的可靠性和稳定性。

3. 提供用户交互接口：输入输出设备管理提供了用户与计算机系统之间的接口。

通过输入输出设备，用户可以与计算机进行交互，实现数据的输入和输出，方便用户使用计算机系统。

二、输入输出设备的分类根据计算机系统与外部设备之间的数据传输方式和设备类别，输入输出设备可以被划分为多种类型。

常见的输入输出设备包括键盘、鼠标、显示器、打印机、硬盘等。

这些设备可以按照数据传输的方式分为串行设备和并行设备，也可以按照设备的特点和功能进行分类。

1. 串行设备与并行设备：串行设备是指通过一个线路逐位传输数据的设备，如串口设备；并行设备是指同时传输多位数据的设备，如并口设备。

2. 交互式设备与非交互式设备：交互式设备是指用户可以通过设备与计算机系统进行实时的交互，如键盘、鼠标、触摸屏等；非交互式设备是指用户与设备之间没有实时交互的过程，如打印机、硬盘等。

3. 常规设备与特殊设备：常规设备是指使用频率较高的输入输出设备，如键盘、鼠标、显示器等；特殊设备是指针对某些特定应用场景而设计的输入输出设备，如扫描仪、绘图仪等。

输入输出管理连接和控制外部设备在计算机系统中，输入输出（I/O）是指计算机与外部设备之间进行信息交互的过程。

计算机通过输入设备接收外部信息，并通过输出设备将计算机处理的结果输出给用户或其他设备。

输入输出管理连接和控制外部设备是计算机系统的一个重要组成部分，它的设计和实施直接影响着整个系统的性能和功能。

输入输出管理的作用是有效地管理计算机系统与外部设备间的数据传输和控制操作。

它提供了对外部设备的访问接口，并负责调度数据的输入和输出过程。

输入输出管理需要解决数据传输的速度、安全性、可靠性等问题，确保输入输出的高效和稳定。

连接外部设备是输入输出管理的基本要求。

计算机系统通常通过各种接口与外部设备进行连接，比如USB、HDMI、VGA等接口。

这些接口提供了数据传输的通道和规范，为输入输出管理奠定了基础。

通过正确连接外部设备，计算机系统可以实现对设备的控制和数据的交换。

控制外部设备是输入输出管理的核心任务之一。

计算机系统需要通过输入输出管理来控制外部设备的工作状态和操作。

比如，通过输入输出管理可以向打印机发送打印指令，控制打印机的打印速度和打印内容；通过输入输出管理可以向音频设备发送声音数据，控制音量和音质。

输入输出管理在这些过程中起到了关键的作用，确保外部设备按照计算机系统的要求进行工作。

对于不同的外部设备，输入输出管理可能采用不同的控制方式和协议。

比如，对于磁盘设备，输入输出管理需要使用文件系统来进行数据的读写和管理；对于网络设备，输入输出管理需要使用网络协议来进行数据的传输和交换。

正确选择和实现适合具体外部设备的输入输出管理方式，可以提高系统的灵活性和性能。

输入输出管理还需要考虑到外部设备的特性和要求。

不同的外部设备有着不同的数据传输速度、数据格式和操作方式。

输入输出管理需要充分考虑这些特性，并进行相应的优化和适配。

比如，对于实时视频设备，输入输出管理需要保证数据的实时性和稳定性；对于大容量存储设备，输入输出管理需要提供高速的数据传输能力。

第九课输入输出控制方式[课题] 输入输出控制方式[课型] 新课[授课课时][教学目标]理解输入输出控制方式的基本概念，理解中断的执行过程[教学重点]中断的执行过程[教学难点]中断的执行过程[教学过程]一、输入输出控制方式CPU控制输入输出设备工作的方式有三种：程序查询方式、中断方式和直接存储器访问方式。

二、程序查询方式程序查询方式是在程序控制下CPU与外设之间交换数据。

其工作过程首先是用程序向外设发出进行数据传送的控制信号，然后从外设读取外设状态，检查是否可以进行数据传送，若外设准备就绪，则进行数据传送；否则反复读外设状态并检查，直到外设准备就绪再进行数据传送。

程序查询方式主要用软件方式实现，它的特点是CPU工作效率低。

三、中断方式中断是主机在执行程序过程、中，遇到突发事件而中断程序的政党执行，转去对突发事件的处理，待处理完成后返回原程序继续执行。

计算机中使用中断方式由软件和硬件共同实现。

软件部分指中断处理程序。

硬件部分指中断控制电路，其作用是负责对中断请求、中断响应等进行相应的处理，保证中断过程的政党进行。

中断过程包括中断请求、中断响应、中断处理、中断返回等步骤。

（1）中断请求。

中断源向CPU中的控制器发出中断请求。

（2）中断响应。

中断响应过程中把被中断的程序的断点地址保存起来，把中断处理程序入口地址送入指令指针寄存器，开始执行中断处理程序。

（3）中断处理。

根据不同的中断原因，中断处理程序执行相应的处理，中断处理程序运行结束后转入中断返回。

（4）中断返回。

中断返回就是恢复断点。

四、直接存储器访问方式直接存储器访问方式（DMA）指高速外设与内存之间直接进行数据交换，不通过CPU，并且CPU不参加数据交换的控制。

DMA方式下高速外设和内存之间进行数据传输需要使用总线，所以DMA方式下要解决的问题主要是总线使用权的转移。

总线使用权一般情况下由CPU掌握，在DMA期间总线使用权交给DMA控制器。

DMA方式由硬件实现。

操作系统中的输入输出管理在计算机系统中，操作系统对于输入输出（Input/Output，简称I/O）的管理起着至关重要的作用。

输入输出管理是操作系统的一个重要组成部分，负责管理计算机系统与外部设备之间的数据传输和通信。

本文将从输入输出的概念、输入输出的分类、输入输出的特点和输入输出的管理策略等方面进行探讨。

1. 输入输出的概念输入是指从外部设备向计算机系统传送数据或控制信息的过程，包括键盘输入、鼠标输入、外部设备输入等。

输出是指计算机系统将数据或者处理结果传送到外部设备，供人类用户观察或作为其他处理的依据。

输入输出是计算机系统与外部世界进行信息交互的接口，是计算机系统完成各种任务的重要途径。

2. 输入输出的分类输入输出可以按照数据单位的不同进行分类。

根据数据单位的不同，可以将输入输出分为字符设备I/O和块设备I/O。

字符设备I/O是以字符为单位进行输入输出，常见的字符设备有键盘、鼠标、打印机等。

块设备I/O是以固定大小的数据块为单位进行输入输出，常见的块设备有硬盘、U盘等。

3. 输入输出的特点输入输出具有以下几个特点：（1）低速性：相对于计算机内部操作来说，外部设备的传输速度较慢，所以输入输出速度的提高一直是操作系统设计的挑战之一。

（2）大容量性：外部设备通常具有较大的容量，例如硬盘的容量可以达到TB级别，所以输入输出往往需要大量的数据传输。

（3）异步性：计算机与外部设备交互的过程中，计算机的处理速度与外部设备的输入输出速度不一致，需要通过中断机制来处理这种异步性。

（4）设备独立性：操作系统需要提供统一的接口，使得应用程序可以方便地进行输入输出操作，而不需要关心具体的外部设备的细节。

4. 输入输出的管理策略输入输出的管理策略涉及到许多方面，包括缓冲管理、设备分配、设备调度等。

下面简要介绍几种常见的输入输出管理策略：（1）缓冲管理：为了提高输入输出的效率，操作系统通常采用缓冲技术，将输入输出的数据先放入缓冲区中，再进行实际的传输。

IO（输入输出）控制方式/cpp/html/2631.html2015设备管理的主要任务之一是控制设备和内存或处理机之间的数据传送，外围设备和内存之间的输入/输出控制方式有四种，下面分别介绍。

程序直接控制方式如图5-1(a)所示，计算机从外部设备读取数据到存储器，每次读一个字的数据。

对读入的每个字，CPU需要对外设状态进行循环检查，直到确定该字已经在I/O控制器的数据寄存器中。

在程序直接控制方式中，由于CPU的高速性和I/O设备的低速性，致使CPU的绝大部分时间都处于等待I/O设备完成数据I/O的循环测试中，造成了CPU 资源的极大浪费。

在该方式中，CPU之所以要不断地测试I/O设备的状态，就是因为在CPU中没有釆用中断机构，使I/O设备无法向CPU 报告它已完成了一个字符的输入操作。

程序直接控制方式虽然简单易于实现，但是其缺点也是显而易见的，由于cpu和I/O设备只能串行工作，导致CPU的利用率相当低。

中断驱动方式中断驱动方式的思想是，允许I/O设备主动打断CPU的运行并请求服务，从而“解放”CPU，使得其向I/O控制器发送读命令后可以继续做其他有用的工作。

如图5-1(b)所示，我们从I/O控制器和CPU 两个角度分别来看中断驱动方式的工作过程：从I/O控制器的角度来看，I/O控制器从CPU接收一个读命令，然后从外围设备读数据。

一旦数据读入到该I/O控制器的数据寄存器，便通过控制线给CPU发出一个中断信号，表示数据已准备好，然后等待CPU请求该数据。

I/O控制器收到CPU发出的取数据请求后，将数据放到数据总线上，传到CPU的寄存器中。

至此，本次I/O操作完成，I/O控制器又可幵始下一次I/O操作。

图5-1 I/O控制方式从CPU的角度来看，CPU发出读命令，然后保存当前运行程序的上下文（现场，包括程序计数器及处理机寄存器），转去执行其他程序。

在每个指令周期的末尾，CPU检查中断。

当有来自I/O控制器的中断时，CPU保存当前正在运行程序的上下文，转去执行中断处理程序处理该中断。

计算机设计原理的输入输出设备与程序计算机的输入输出设备（IO设备），是数据处理系统的关键外部设备之一，可以和计算机本体进行交互使用。

如：键盘、写字板、麦克风、音响、显示器等。

因此输入输出设备起了人与机器之间进行联系的作用。

一、输入输出设备1.1.输入设备输入设备是向计算机输入数据和信息的设备，是计算机与用户或其他设备通信的桥梁，是用户和计算机系统之间进行信息交换的主要装置之一。

输入设备的任务是把数据、指令及某些标志信息等输送到计算机中去。

键盘、鼠标、摄像头、扫描仪、光笔、手写输入板、游戏杆、语音输入装置等都属于输入设备（Input Device），是人或外部与计算机进行交互的一种装置，用于把原始数据和处理这些数据的程序输入到计算机中。

计算机能够接收各种各样的数据，既可以是数值型的数据，也可以是各种非数值型的数据，如图形、图像、声音等都可以通过不同类型的输入设备输入到计算机中，进行存储、处理和输出。

计算机的[1]输入设备按功能可分为下列几类：●字符输入设备：键盘；●光学阅读设备：光学标记阅读机、光学字符阅读机；●图形输入设备：鼠标器、操纵杆、光笔；●图像输入设备：数码像机、扫描仪、传真机；●模拟输入设备：语言模数转换识别系统。

（如光电纸带输入器、卡片输入器、光学字符读出器、磁带输入装备、汉字输入装备、鼠标等）将数据、程序和控制信息送入计算机内。

1.2.输出设备输出设备（Output Device）是把计算或处理的结果或中间结果以人能识别的各种形式,如数字、符号、字母等表示出来,因此输入输出设备起了人与机器之间进行联系的作用。

常见的有显示器、打印机、绘图仪、影像输出系统、语音输出系统、磁记录设备等。

显示器是计算机必不可少的一种图文[2]输出设备，它的作用是将数字信号转换为光信号，使文字与图形在屏幕上显示出来；打印机也是PC机上的一种主要输出设备，它把程序、数据、字符图形打印在纸上。

控制台打字机、光笔、显示器等既可作输入设备、也可作输出设备。

◆◆◆◆调度概念、高速缓存与缓冲区、设备分配与回收、假脱机◆◆◆◆◆/数据缓冲等◆◆◆通道是一种特殊的处理机。

它具有执行I/O指令的能操作。

但I/O通道又与一般◆一是其指令类型单一，这是由于通道硬件比较简单，其所能操作有关的指令；再就是通道没有自己的内存，通道所执行的通道程序是放在主机的内存中的，换言示例◆管理中，系统管理软件分为四层，它们是中断◆设备驱动层；设备独立层；缓冲层；DMA控制层；◆的概念◆◆◆◆◆使用逻辑设备名称来请求使用某类设备◆◆◆示例◆）层完成的◆◆与设备无关的I/O层◆◆示例◆为一个磁盘读操作计算磁道、扇区、磁头的工作是在I/O软件的◆◆◆设备驱动程序◆◆◆◆◆◆D eviceC ontrol T ableS ystem D evice T ableD evice C ontrol T ableCO ntroller C ontrol T able CH annel C ontrol T ableHardware选择◆设备时，通常使用的设备标识是◆A．逻辑设备名◆◆◆选择◆本地用户通过键盘登录系统时，首先获得的键盘输入信息的程◆◆B．中断处理程序◆◆◆◆◆中断响应时间的限制◆选择在系统内存中设置磁盘缓冲区的主要目的是A．减少磁盘I/O次数◆◆独享设备；共享设备；虚拟设备◆先来先服务；优先级高者优先◆◆◆设备低速性间的矛盾而引入了脱机◆输出功能◆对数据的处理同时进行◆I/O系统Simultaneous Peripheral Operation On Line◆◆◆◆示例◆◆假脱机；独享；示例◆◆◆◆◆可以在一个进程没有退出时为另一个进程服务，但是在某一个时刻只能为一个用户服务选择技术的叙述中，错误的是D．由用户作业控制设备与输入/输出井之间的数据传送。

输入输出控制方式-电脑资料通常，如果外部设备要与存储器进行数据交换，则必须通过CPU 执行输入输出指令以及存储器读写指令来完成的，。

一般而言，CPU 管理外围设备的输入输出控制方式有5种：程序查询方式、中断方式、DMA方式（直接内存存取）、通道方式、外围处理机方式，前两种方式由软件实现，后三种方式由硬件实现。

一，程序实现1. 程序查询方式程序查询方式是要CPU不断使用指令检测方法来获取外设工作状态。

CPU与外围设备的数据交换完全依赖于计算机的程序控制，在进行信息交换之前，CPU要设置传输参数，长度等，然后启动外设工作；外设则进行数据传输的准备工作，在外设准备数据时间里，CPU除了循环检测外设是否已准备好之外，不能处理其他业务，只能一直等待；直到外设完成数据准备工作，CPU才能开始进行信息交换。

造成CPU 的运行效率极低。

特点：（1）CPU的操作和外围设备的操作能够完全同步，硬件结构也比较简单。

（2）造成CPU的运行效率极低。

在当前的实际应用中，除了单片机之外，已经很少使用程序查询方式了。

2. 中断方式中断是主机在执行程序过程中，遇到突发事件而中断正在执行的程序，转而对突发事件进行处理，待处理完后继续原程序的执行。

严格来说，当一个中断发生时，外设发出“中断请求”，CPU暂停其现行程序，保护程序断点地址，把中断处理程序入口地址送入寄存器中进行了中断响应，转而执行中断处理程序，完成数据I/O工作，也就是中断处理；当中断处理完毕后，CPU又返回到原来的任务，并从暂停处继续执行程序。

也就是把中断响应保存起来的断点地址重新送回指令指针寄存器，进行了中断返回操作。

特点：（1）节省了CPU时间，是管理I/O操作的一个比较有效的方法，电脑资料《输入输出控制方式》(https://)。

（2）与程序查询方式相比，程序中断方式的硬件结构相对复杂一些，服务成本较大。

中断方式一般适用于随机出现的服务，并且一旦提出要求，应立即执行。

操作系统对输入输出设备的管理操作系统是计算机系统中最核心的软件之一，它负责管理和控制计算机系统的各个组成部分。

其中，对输入输出设备的管理是操作系统的重要任务之一，它涉及到如何使计算机与外部设备进行有效的数据交换和信息传输。

本文将从几个方面介绍操作系统对输入输出设备的管理。

一、输入输出设备的分类根据数据的传送方向和数据的特点，输入输出设备可以分为输入设备和输出设备。

输入设备用于向计算机系统输入数据和命令，常见的输入设备包括键盘、鼠标、扫描仪等；输出设备用于将计算机处理后的结果输出到外部，常见的输出设备包括显示器、打印机、音响等。

二、输入输出设备的工作原理输入设备一般采用中断方式，也就是说，当用户操作输入设备时，设备会向操作系统发出一个中断信号，操作系统通过中断处理程序响应，并将输入设备的数据读入到内存中。

输出设备则采用轮询方式，操作系统会定时查询输出设备的状态，如果有输出任务，则将数据从内存中发送给输出设备。

三、操作系统对输入设备的管理操作系统负责输入设备的驱动程序管理、输入设备的中断处理和输入缓冲区的管理。

1. 驱动程序管理：驱动程序是操作系统与具体输入设备之间的接口，它向操作系统提供了与设备通信的方法。

操作系统通过管理和维护输入设备的驱动程序库，实现对不同类型输入设备的支持。

2. 中断处理：当输入设备产生中断信号时，操作系统会通过中断处理程序响应，中断处理程序会根据中断类型执行相应的操作。

例如，当用户按下键盘上的某个按键时，操作系统会检测到中断信号，并将中断类型标识为键盘输入，然后将按键的数据读取到内存中。

3. 输入缓冲区的管理：为了提高计算机对输入设备的响应速度，操作系统通常会设置输入缓冲区，用于存储输入设备的数据。

输入缓冲区可以是一个队列或者一个缓冲池，通过缓冲区管理算法，操作系统可以实现对输入数据的有序管理和预处理。

四、操作系统对输出设备的管理操作系统对输出设备的管理主要包括输出队列管理、输出缓冲区管理和输出设备控制。