计算机系统结构解析：I/O与存储机制

"现代计算机系统-操作系统概念第六版ppt中文版chapter2主要涵盖了计算机系统操作、I/O结构、存储结构以及中断处理等核心知识点。" 在第二章“计算机系统结构”中，介绍了现代计算机系统的组成，包括CPU、磁盘控制器、打印机、磁带驱动器等设备，它们通过系统总线相互连接。计算机系统操作强调了I/O设备和CPU可以并发执行，每个设备控制器管理一类设备并拥有自己的本地缓冲区。CPU通过中断机制与设备控制器交互，中断服务例程由中断向量表管理，中断处理过程中需要保存CPU状态并判断中断类型。 中断是操作系统的核心机制之一，中断处理包括保存上下文、识别中断类型以及执行相应的服务例程。中断分为硬件中断和软件陷阱，其中陷阱是由错误或用户程序请求引发的。中断驱动的操作系统意味着许多操作由中断事件触发。 在I/O结构部分，讨论了同步I/O和异步I/O两种方式。同步I/O在I/O操作完成前会阻塞用户进程，而异步I/O允许进程在I/O操作进行时继续执行其他任务。设备状态表用于跟踪每个I/O设备的状态，包括其类型、地址和当前状态（如空闲或繁忙）。操作系统通过查询此表来管理I/O请求。 此外，DMA（直接存储器访问）机制被用于高速I/O设备，它能直接在设备和内存之间传输数据，减少CPU的干预，提高效率。这在处理大量数据时尤其有用，例如在磁盘和内存之间进行数据交换。 在存储结构方面，主存是CPU可以直接访问的快速存储，而辅助存储器（如磁盘）则提供更大的容量，但访问速度较慢。存储层次理论指出，靠近CPU的存储层速度更快但容量更小，而远离CPU的存储层容量更大但速度较慢，这样的设计旨在平衡性能和成本。 这一章深入探讨了计算机系统的基本操作原理，特别是在处理输入/输出和内存管理方面，这些都是操作系统设计和实现的基础。了解这些知识有助于我们理解计算机系统如何高效、可靠地运行。