【正文】 第五章 外部設(shè)備 中央處理器 (CPU)和主存儲(chǔ)器 (MM)構(gòu)成計(jì)算機(jī)的主體，稱為主機(jī) 。 主機(jī)以外的大部分硬設(shè)備都稱為外部設(shè)備或外圍設(shè)備，簡稱外設(shè) 。 它包括常用的 輸入輸出設(shè)備 ， 外存儲(chǔ)器，脫機(jī)輸入輸出設(shè)備等。 在第四代計(jì)算機(jī)出現(xiàn)以后，特別是進(jìn)入 80年代以來，以個(gè)人計(jì)算機(jī)和工作站為代表的微型機(jī)迅速普及，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域有了突破性的進(jìn)展，外部設(shè)備開始向多樣化、智能化的方向發(fā)展。 輸入設(shè)備 ： 鍵盤 圖形輸入設(shè)備 (鼠標(biāo)器、圖形板、跟蹤球、操縱桿、光筆 ) 圖像輸入設(shè)備 (攝像機(jī)、掃描儀、數(shù)字相機(jī) ) 條形碼 光學(xué)字符識(shí)別 語言與文字輸入 輸出設(shè)備 ： 顯示器 (字符、漢字、圖形、圖像 ) 打印設(shè)備 (針式打印機(jī)、激光打印機(jī)、噴墨打印機(jī)、 熱轉(zhuǎn)印打印機(jī) ) 繪圖機(jī) (平板式、滾筒式 ) 語音輸出 終端設(shè)備 (鍵盤 +顯示器 ) ??????????167。 I/O 系統(tǒng)的組成 （二） 2。 按傳消息交換的單位分類 ? 塊設(shè)備 信息存取以數(shù)據(jù)塊為單位，屬于有結(jié)構(gòu)設(shè)備。 ? 字符設(shè)備 信息存取以字符為單位，屬于無結(jié)構(gòu)設(shè)備。 3。 按設(shè)備的共享屬性分類 ? 獨(dú)占設(shè)備 在一段時(shí)間只允許一個(gè)進(jìn)程訪問的設(shè)備。 ? 共享設(shè)備 在一段時(shí)間允許多個(gè)進(jìn)程同時(shí)訪問的設(shè)備。 ? 虛擬設(shè)備 使用虛擬技術(shù)，將一臺(tái)獨(dú)占設(shè)備變?yōu)檫壿嬌系亩嗯_(tái) 設(shè)備。 二、 I/O設(shè)備及分類 1。按傳輸速率分類 ? 低速設(shè)備 ? 中速設(shè)備 ? 高速設(shè)備 設(shè) 備 管 理 （一） 設(shè)備管理是操作系統(tǒng)最基本、最繁雜的組成部分。且與硬件的關(guān)系最密切。 外設(shè) 按功能分為兩類 { 存儲(chǔ)設(shè)備 ? 存取控制部分（控制電路伺服系統(tǒng)、讀寫控制電路、磁頭、光頭等） ? 信息載體 （磁盤、磁帶、光盤等） I/O設(shè)備 存儲(chǔ)設(shè)備 I/O設(shè)備 ? 輸入設(shè)備 — 模擬信號 數(shù)字信號（ A/D轉(zhuǎn)換） ? 輸出設(shè)備 — 數(shù)字信號 模擬信號（ D/A轉(zhuǎn)換） 設(shè) 備 管 理 （二） 設(shè)備管理的基本任務(wù)是： （ 1） 控制 I/O 操作；進(jìn)行設(shè)備分配；提高 CPU與設(shè)備之間的并行工作程度。協(xié)調(diào)和保證設(shè)備的正常與高效工作。 （ 2） 向用戶提供一個(gè)使用設(shè)備的方便接口。完成用戶的I/O請求。 I/O 系統(tǒng)的組成 I/O 控制方式 I/O 數(shù)據(jù)傳輸與緩沖技術(shù) 虛擬 設(shè)備與 Spooling技術(shù) 主要討論以下問題 I/O 系統(tǒng)的組成 I/O 數(shù)據(jù)傳輸 控制方式 I/O 緩沖技術(shù) I/O 軟件與設(shè)備分配 虛擬 設(shè)備與 Spooling技術(shù) 167。 I/O 系統(tǒng)的組成 （一） 1。微機(jī) I/O系統(tǒng) CPU通過總線與設(shè)備控制器相連接，設(shè)備 控制器是 CPU 與設(shè)備之間的接口 。 2。主機(jī) I/O系統(tǒng) 使用 I/O通道（ I/O處理機(jī)），實(shí)現(xiàn)對設(shè)備 控制器的控制。 I/O系統(tǒng)應(yīng)該由以下部分組成： I/O設(shè)備 設(shè)備控制器 總線或通道 一、 I/O 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) C P U 存儲(chǔ)器磁盤控制器打印機(jī)控制器?其它控制器磁盤驅(qū) 動(dòng)器打印機(jī)系統(tǒng)總 線緩沖 轉(zhuǎn)換器控制邏 輯信號數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信 號線狀態(tài)信 號線控制信 號線至設(shè)備控制器I / O 設(shè)備圖 51 設(shè)備與控制器間的接口 圖 56 總線型 I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 167。 I/O 系統(tǒng)的組成 （三） 1。設(shè)備控制器的功能 ? 接收和識(shí)別 CPU發(fā)出的命令 ，因此， 設(shè)備控制器中設(shè)有多個(gè)寄存器，用來存放命令和參數(shù)，同時(shí)，還設(shè)有命令譯碼器。 ? 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換， 即 CPU與控制器之間，控制器與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。 ? 記錄設(shè)備的狀態(tài) ，以便 CPU啟動(dòng)控制器。為此，在控制器中設(shè)置一個(gè)狀態(tài)寄存器。 ? 識(shí)別設(shè)備地址 。使 CPU能夠從 設(shè)備控制器的寄存器中讀寫數(shù)據(jù)。 三、設(shè)備控制器 設(shè)備控制器是 CPU與設(shè)備之間的接口，接收 CPU的命令，控制設(shè)備工作 ,實(shí)現(xiàn)設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間數(shù)據(jù)交換。 167。 I/O 系統(tǒng)的組成 （四） 2。設(shè)備控制器的組成 由 CPU與控制器接口、控制器與設(shè)備接口、 I/O邏輯三部分組成。三類信號線： 數(shù)據(jù)線、地址線、控制線。 數(shù)據(jù)寄存器 控制 /狀態(tài) 寄存器 I/O邏輯 控制器 與設(shè)備 接口 1 控制器 與設(shè)備 接口 i CPU與控制器接口 控制器與設(shè)備接口 數(shù)據(jù)線 地址線 控制線 數(shù)據(jù) 狀態(tài) 控制 數(shù)據(jù) 狀態(tài) 控制 。 。 。 。 。 。 CPU 設(shè) 備 167。 I/O 系統(tǒng)的組成 （五） 通道（ Channel） — 也稱 I/O處理機(jī) 。 是為了減輕 CPU的工作負(fù)載，在 CPU 與設(shè)備控制器之間而設(shè)置的一種專門用于 I/O 的簡單處理機(jī)。 通道指令系統(tǒng) — 也稱 通道控制字 （ CCW），是通道能夠獨(dú)立執(zhí)行的 I/O指令。 按照信息交換方式分類： 字節(jié)多路通道 — 用于低、中速設(shè)備 含多個(gè)非分配型的子通道，子通道按時(shí)間片輪轉(zhuǎn)共享主通道。按字節(jié)傳送。傳輸速度慢 (P149 圖 53）。 數(shù)組選擇通道 — 連接中、高速設(shè)備 含一個(gè)分配型的子通道，一段時(shí)間內(nèi)只能執(zhí)行、控制一臺(tái)設(shè)備工作。通道利用率低，傳輸速度快。 數(shù)組多路通道 — 連接中、高速設(shè)備 綜合前兩類的優(yōu)點(diǎn)。 四、 I/O通道 為什么引入通道 通道的類型 167。 I/O 系統(tǒng)的組成 （六） 中央處理機(jī) 內(nèi)存 字節(jié)多路通道 成組多路通道 選擇通道 卡片 輸入機(jī) 卡片 輸入機(jī) 打印機(jī) 磁盤 磁帶 通 道 結(jié) 構(gòu) 167。 I/O 系統(tǒng)的組成 （七） 圖 56 解決“瓶頸問題”的多通路系統(tǒng) “瓶頸問題” 由于通道及設(shè)備控制器的數(shù)量有限，可能造成 I/O的 瓶頸。 167。 I/O 控制方式 （一） （ 1）中斷控制方式 （ 2） DMA 控制方式 （ 3）通道控制方式 設(shè)備管理的主要任務(wù)之一是控制設(shè)備與內(nèi)存或 CPU 之間的數(shù)據(jù)傳送，選擇控制方式的原則是： 保證在足夠的傳輸速度下數(shù)據(jù)的正確傳送。 系統(tǒng)開銷小。 充分發(fā)揮硬件資源的能力。 本節(jié)討論 CPU 通過設(shè)備控制器來控制數(shù)據(jù) I/O的方式。 常用的 I/O控制方式 向 I / O 控制器發(fā)讀命 令讀 I / O 控制器的狀態(tài)檢查狀態(tài)？從 I / O 控制器中讀入 字向存儲(chǔ) 器中寫字傳送完成？未就緒就緒出錯(cuò)C P U →I /OI /O →C P UI /O →C P UC P U → 內(nèi)存下條指 令完成未完向 I / O 控制器發(fā)讀命 令讀 I / O 控制器的狀態(tài)檢查狀態(tài)？從 I / O 控制器中讀 字向內(nèi)存中寫字傳送完成？就緒出錯(cuò)C P U →I /OI /O →C P UI /O →C P UC P U → 內(nèi)存下條指