计算机组成原理：输入输出系统详解

“输入输出系统的组成-计算机组成原理（第2版）第五章 输入输出系统” 在计算机系统中，输入输出（I/O）系统是连接CPU、内存和外部设备的关键部分，它负责数据的传输和设备的控制。本章主要探讨了I/O系统的组成和发展概况，包括I/O软件、I/O硬件、设备与主机的联系方式以及信息传送的控制方式。 I/O软件主要包括I/O指令和通道指令。I/O指令是CPU可以直接执行的部分，用于与外部设备交互，例如读取或写入数据。通道指令则是由通道自身执行的，用于控制数据传输的具体细节，如数组的首地址、传送字数和操作命令。以IBM/370为例，其通道指令是64位的。 I/O硬件由多个组件构成：设备、I/O接口、设备控制器和通道。设备是实际的数据输入输出装置，如键盘、鼠标、打印机等；I/O接口作为CPU和设备之间的桥梁，负责数据格式转换和状态信息的传递；设备控制器则管理和控制设备的工作状态；通道是一种特殊的处理器，可以独立于CPU执行数据传输任务，提高系统效率。 I/O设备与主机的联系方式有多种。在编址方式上，存在统一编址和不统一编址两种。统一编址将I/O设备视为内存的一部分，而独立编址则有专门的I/O指令来访问设备。设备选址通过设备选择电路来确定设备是否被选中进行操作。数据的传送方式可以是串行或并行，其中串行传送速度较慢，但节省线路；并行传送速度快，但需要更多的线路。联络方式包括立即响应、异步工作（采用应答信号）和同步工作（采用同步时标）。 I/O设备与主机的连接方式主要有辐射式连接和总线连接。辐射式连接适用于早期系统，每台设备都有独立的控制线路和信号线，不便扩展；总线连接则通过共享总线实现设备的连接，便于设备的增删。 信息传送的控制方式主要包括程序查询方式和程序中断方式。程序查询方式下，CPU需不断查询I/O设备状态，只有设备准备好后才能进行数据传输，效率较低；而程序中断方式允许CPU和I/O设备并行工作，I/O设备准备好后会通过中断请求通知CPU，提高了系统效率。 输入输出系统是计算机系统的重要组成部分，它通过精心设计的软件和硬件机制，实现了高效的数据交换和设备管理。随着技术的发展，从早期的串行工作到现在的并行工作，从简单的程序查询到复杂的中断机制，I/O系统的设计不断优化，以满足日益增长的计算需求。