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易學筆記-系統分析師考試-第6章 系統配置與效能評價/6.3 輸入輸出系統/6.3.1 輸入輸出方式

  • I/O系統
  1. 組成
    1. I/O裝置
    2. I/O介面(I/O 控制器)
    3. I/O控制管理軟體
  2. 輸入操作:將計算機外部資訊輸入到計算機內部,並進行加工處理
  3. 輸出操作:將計算機內部資訊經過處理輸出到計算機外部裝置
  • I/O系統工作方式
  1. 程式控制方式
    1. 概念:由CPU執行 I/O程式實現主機和外設之間的資料傳送
    2. 分類
      1. 無條件傳送
        1. 原理:
          1. I/O埠時刻準備接收外設資訊或者輸出資訊到外設
          2. CPU不需要檢查 I/O狀態,隨時跟進需要接收或者傳送資料
        2. 優點:軟硬體結構很簡單
        3. 缺點:要求時序配合精確,一般外設很難滿足
        4. 使用場景:簡單開關量的 I/O控制
  2. 程式查詢方式
    1. 原理
      1. CPU當需要向外設接收或者傳送資料時,要求先檢查外設的工作狀態,如果狀態不允許則迴圈等待
      2. 允許操作的外設狀態有:外設準備好接收"資料"或者外設緩衝區為空準備傳送資料
    2. 優點:方法簡單、硬體開銷小
    3. 缺點: I/O能力不高,嚴重影響CPU利用率
  3. 程式中斷方式
    1. 概念:計算機正在執行當前程式A時,出現另外一個急需處理的程式B,這時候計算機先停止執行A(儲存現場)而轉向執行B,執行完程式B後再回來繼續執行程式A(恢復現場)
    2. 中斷程式分5個階段
      1. 中斷請求
      2. 中斷判優
      3. 中斷響應
      4. 中斷處理
      5. 中斷返回
    3. 中斷程式分類
      1. 中斷訊號線法
      2. 中斷軟體查詢法
      3. 雛菊鏈法
      4. 匯流排仲裁法
      5. 中斷向量表法
    4. 優點:CPU無需等待提高了效率
  4. DMA(直接儲存器存取(direct memory access))工作方式
    1. 原理:DMA為了主存和外設之間實現高速、批量資料交換而是設定的
    2. DMA控制器
      1. 控制和管理傳輸的資料
      2. 與CPU共享系統匯流排,並且有獨立訪問儲存器的能力
      3. 獲取匯流排的三種方式
        1. 暫停方式:CPU停止訪問主存法
        2. 共享方式:儲存器分時法
        3. 週期竊取方式:週期挪用法
    3. 特點:
      1. 使得主存既可以被CPU訪問,又可以被外設訪問
      2. 訪問主存時,地址確認、傳輸資料的計數都由硬體電路直接實現
      3. 主存開闢專用緩衝區供外設接收和傳送資料
      4. 使得CPU和外設並行工作,提高了系統的效率
      5. DMA在傳輸資料時要通過程式預處理,完成後通過中斷方式進行後續處理
  5. 通道方式
    1. 原理:
      1. 是一種高階的I/O控制部件,在一定的硬體的基礎上利用軟體通道方式實現I/O控制和傳輸
      2. 一定程度上脫離CPU的介入,但啟動和停止還需要CPU管理
  6. 通道方式
    1. 概念:是實現外設和主存之間互動資料的控制器
    2. 當用戶請求外設時的工作流程
      1. 根據I/O要求構造通道程式和通道狀態字
      2. 將通道程式儲存到記憶體中
      3. 將通道程式的首地址放到通道地址字中
      4. 執行I/O指令
    3. 分類
      1. 位元組多路通道
        1. 概念:簡單的共享通道,用於連線和管理多臺低配裝置
        2. 工作方式:以位元組交叉方式傳送資訊
        3. 舉例:
      2. 選擇通道
        1. 概念:高速通道,可以連線多臺裝置,但是同一個時間只能一臺裝置工作,該裝置獨佔整個通道
        2. 舉例:
      3. 陣列多路通道
        1. 概念:結合位元組通道和選擇通道,擁有多個子通道,多個子通道同時服務多個裝置
  • I/O處理機
  1. 概念:
    1. 也稱為外圍處理機,是一個專用或者通用、大型、高效的計算機系統處理外圍裝置
    2. 利用共享儲存器與主機交換資訊
  2. 組成
    1. 與中央處理器共享主存
    2. 有獨立的儲存器
    3. 有獨立的運算部件
    4. 有獨立的或者共享的指令控制部件
  3. 特點
    1. 有豐富的指令系統和完善的中斷系統
    2. 類似於一般處理機,有自己的區域性儲存器
    3. 碼值轉換、資料校驗
    4. 故障處理
    5. 檔案管理
    6. 診斷和顯示系統狀態
    7. 處理人機對話
    8. 遠端連線