输入/输出系统详解：CPU与I/O性能、RAID与可靠性

"chap6-输入输出系统.ppt - 讲解了输入/输出系统的基本概念，外部存储设备，以及I/O系统性能分析，强调了I/O系统在计算机性能中的重要性和对整体系统响应时间的影响，同时讨论了I/O系统的可靠性和可信性问题。" 在计算机科学中，输入/输出系统（I/O系统）是计算机硬件和软件的一个关键部分，它负责数据在计算机和外部设备之间的传输。第六章“输入/输出系统”深入探讨了这一主题，由张晨曦、刘依和肖晓强共同编著。I/O系统不仅包括各种输入输出设备，还涵盖了它们与中央处理器（CPU）和存储器之间的连接方式。衡量I/O系统性能的关键指标有响应时间和可靠性。 响应时间是指系统对用户请求的响应速度，是直接影响用户体验的因素。例如，如果一个系统有10%的I/O处理需求，即使CPU性能大幅提高，如10倍或100倍，如果I/O性能未改善，系统总体性能提升仍会受到限制。因为过多的CPU空闲等待I/O操作完成，可能导致性能提升受限，甚至大部分CPU性能被浪费。 系统可靠性是另一个重要的话题，尤其在处理器性能不断提升的背景下，人们更加关注系统的稳定性和可信赖性。这包括可靠性（设备在长时间运行中无故障的能力），可用性（设备可以正常工作的概率），以及可信性（数据安全和保护方面的能力）。这些因素对于存储系统尤其重要，因为存储设备中的数据丢失或损坏可能导致严重后果。 此外，外部存储设备如硬盘驱动器，虽然在记录原理、驱动机构、控制器和接口逻辑上有共通性，但它们各自的特性也决定了它们在性能、容量和速度上的差异。例如，廉价磁盘冗余阵列（RAID）技术被用来提高存储系统的可靠性，通过数据冗余和分布式存储来防止数据丢失。 I/O设备与CPU的连接方式也对系统性能有显著影响，例如使用中断、DMA（直接内存访问）等机制可以减轻CPU负担，提高效率。而I/O系统与操作系统的交互，如设备驱动程序的管理，也是确保系统顺畅运行的关键。 输入/输出系统是计算机系统中不可或缺的部分，其性能和可靠性直接决定了整个系统的性能和用户体验。优化I/O系统，平衡CPU、内存和I/O设备间的资源分配，以及确保数据的安全存储，是计算机系统设计和维护中的重要任务。