Chap 7 输入输出#

输入输出子系统#

I/O子系统层次结构#

I/O子系统包括I/O软件和I/O硬件。软件分为用户空间和内核空间。

• 用户空间: 用户程序 (printf), 运行时系统
• 内核空间:
  • 与设备无关的I/O软件
  • 设备驱动程序
  • 中断服务程序
• I/O硬件

I/O软件核心#

与设备无关的I/O软件#

提供统一的抽象视图，隐藏设备差异。

• 为设备驱动提供统一接口
• 缓冲处理 (管理内核缓冲区)
• 错误报告 (处理通用错误)
• 逻辑块大小处理 (统一块大小)
• 打开/关闭文件 (抽象为文件)

设备驱动程序#

与具体设备相关，由设备商提供。

• 包含I/O端口的访问逻辑
• 实现具体I/O操作
• 处理特定设备的中断
• 根据I/O控制方式 (程序、中断、DMA) 实现

I/O硬件连接#

I/O端口和I/O指令#

设备控制器#

I/O设备的电子部分，包含数据缓冲、状态/控制寄存器。这些寄存器统称为 “I/O端口”。

I/O端口编址#

为I/O端口编号。IA-32采用独立编址，I/O地址空间与内存地址空间分离，允许64K个8位端口。

I/O指令#

访问I/O端口的特权指令。

• IN: 从端口读数据到AL/AX。
• OUT: 写数据从AL/AX到端口。

数据传送方式#

• 无条件传送: CPU直接读写，假定外设恒定就绪，只用于同步设备。
• 查询传送: CPU循环查询外设状态（“忙-等待”），若准备好则传送。浪费CPU资源。

• 中断传送: CPU启动I/O后执行其他程序。外设就绪后发”中断请求”，CPU响应并处理数据。

• DMA (直接存储器访问): CPU让出总线控制权，外设与主存之间直接成批传送数据，完成后再中断CPU。