I/O 系统的组成简析

I/O 系统主要由两部分组成： I/O 软件 和 I/O 硬件。

I/O 软件

I/O软件是管理和控制I/O设备与主机之间数据交换的软件部分。它包括操作系统中的设备驱动程序、中断处理程序、I/O调度程序等。

• 设备驱动程序：它们是直接与硬件交互的软件，为硬件设备提供了操作系统的一个接口，使得硬件可以在操作系统的统一管理下工作。
• 中断处理程序：当I/O设备完成一个操作或者需要服务时，它会发出一个中断信号给CPU。中断处理程序负责响应这些中断，并执行相应的操作。
• I/O调度程序：它负责协调多个I/O请求，优化数据传输的顺序和方式，以提高系统的整体性能。

I/O 硬件

I/O硬件是实际进行数据传输的物理设备部分，包括接口模块、设备控制器、通道/处理机以及I/O设备本身。

• 接口模块：它是一个连接I/O设备与主机的中间电路，负责转换信号电平、数据格式以及提供缓冲功能。
• 设备控制器：它是一种特殊的处理器，用于管理特定的I/O设备。设备控制器负责执行I/O设备与通道或CPU之间的数据传输。
• 通道/处理机：在某些复杂的I/O系统中，通道或处理机用于减轻CPU的负担，它们可以独立地执行I/O操作，而无需CPU的干预。
• I/O总线：它是连接各种I/O硬件组件的数据通路，负责在组件之间传输数据和控制信号。

I/O 指令

• I/O指令：这些指令是CPU指令集的一部分，用于启动I/O操作、控制I/O设备的状态以及数据的传输。

I/O 指令也是一种机器指令，它的指令格式与普通的机器指令类似。

上面的 I/O 指令格式中，分为三个字段：

• 操作码：指明当前是一条 I/O 指令；
• 命令码：指明 I/O 设备的具体操作；
• 设备码：用来对多台 I/O 设备进行区分和选择，相当于设备地址。

其中，命令码一般会包括以下几种情况：

• 将数据从 I/O 设备输入主机；
• 将数据从主机输出至 I/O 设备；
• 状态测试。检测 I/O 设备的状态（”忙“ 还是 ”准备就绪“），来确定接下来是否可以进行数据交换；
• 形成具体的操作命令。例如磁盘驱动器的磁头读扇区、写扇区、寻找磁道等等。