计算机操作系统：I/O控制方式与UNIX系统内核解析

"I/O控制方式的演进与在三菱PLC FX通讯中应用的Modbus协议" 在计算机操作系统中，I/O控制方式是至关重要的组成部分，它直接影响着系统效率和设备的使用性能。从早期的简单程序I/O方式到后来的中断驱动、DMA（直接存储器访问）和通道方式，每一种进步都是为了减轻CPU对I/O操作的负担，提高系统的整体效率。 5.2.1 程序I/O方式 在没有中断机制的早期系统中，程序I/O方式是最基础的控制方式。在这种方式下，CPU需要不断轮询设备状态，直到设备完成数据传输。例如，当CPU启动一个输入操作时，会设置设备的忙碌标志并持续检查该标志，直到标志显示数据准备就绪，CPU才能从设备读取数据。这种方式效率低下，因为CPU大部分时间都在等待I/O操作完成，无法专注于其他计算任务。 随着技术的发展，出现了中断驱动I/O方式。中断机制允许设备在完成数据传输后主动通知CPU，而不是CPU被动等待。这种方式提高了CPU的利用率，因为CPU可以在等待I/O操作期间执行其他任务。 DMA方式进一步提升了I/O性能。在DMA中，数据可以直接从设备传输到内存，或者从内存传输到设备，而不需要CPU的参与。这使得数据传输速度显著提升，特别是在处理大量数据时。 通道的引入是I/O控制方式的又一重大改进。通道是一种特殊的处理器，专门负责I/O操作的组织和执行，它可以同时管理多个设备，让CPU完全专注于计算任务，而不需关心I/O细节。 在三菱PLC FX系列中，Modbus协议是一种常用的通信协议，尤其适用于工业自动化环境。Modbus允许不同设备之间通过串行连接进行通信，支持多种I/O控制，如读取输入寄存器、写入输出寄存器等。这种协议简单、高效，广泛应用于PLC与其他设备如传感器、驱动器之间的通信。 在《计算机操作系统》（第三版）中，汤小丹、梁红兵、哲凤屏和汤子瀛详细阐述了操作系统的核心概念，包括进程管理、内存管理、设备管理、文件系统、用户接口以及网络安全等。其中，第五章对设备管理有深入探讨，涉及I/O软件的层次结构，与前面提到的I/O控制方式相呼应。 这本书不仅是计算机科学与技术专业本科生的教材，也适合从事计算机及相关领域的技术人员作为参考书。通过学习，读者可以全面理解操作系统的设计原理和实现机制，以及如何利用各种I/O控制方式优化系统性能，如在实际的PLC通信中应用Modbus协议。