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操作系统--IO设备

什么是IO设备？ IO设备是输入输出设备，包括计算机系统中除CPU和内存以外的所有设备和装置。
IO设备是一个文件吗？ IO设备是一般是一个外接硬件，其接入到操作系统后，系统会将物理设备资源抽象为逻辑文件资源，使得用户可以用统一、透明的方式访问物理设备和设备上的数据和信息。
IO设备的硬件组成有哪些？ 从硬件的角度看，IO硬件由物理设备和电子部件两部分组成。物理设备是达成IO硬件功能的物质基础，对操作系统而言更注重的是其电子部件的控制方式。
操作系统是如何控制IO设备？ 【操作系统--IO设备】IO设备通过适配器与主机连接，操作IO设备实际是与IO设备的控制器通信，每个控制器有若干寄存器，而CPU是通过操作这些寄存器来与设备进行通信。
CPU怎么操作IO设备寄存器？ 要操作寄存器需要给寄存器分配唯一地址，该地址称为IO端口地址，有两种编址方式：内存映射编址和IO独立编址。
内存映射编址即所有端口的地址空间与内存地址空间统一编址，处理器把设备控制器看作一个存储单元。
IO独立编址则所有端口的地址空间与内存空间相互独立，操作时需要专门的IO指令对I/O端口进行操作。
I/O软件有哪几层？分别有什么用？ I/O软件由低到高分别有硬件、中断处理层软件、设备驱动软件、设备独立层软件、用户层软件。
中断处理层软件控制设备与处理器进行数据传送，进程需要IO设备时，向中断发出请求，IO设备响应中断，进行输入输出操作，结束后设备发出中断信号以结束本次服务。
设备驱动软件唯一知道I/O设备的控制器细切以及其它用途部分；
IO设备控制方式有哪些？ IO设备控制方式有程序控制、中断控制、DMA控制 和 通道控制。

  • 程序控制：指用户进程直接控制处理器或内存和IO设备进行信息传送，也称“忙-等”方式；
    优点：是处理器和外设的操作通过状态信息同步；硬件结构简单；缺点是处理器效率较低，传输完全在处理器控制下，对外部异常无实时响应能力。
  • 中断控制：通过请求中断，处理器响应中断，调用相应处理程序的控制方式；
    优点：具有实时响应的能力，外部设备源始终处理主动地位；通过中断可以处理异常；
    缺点：处理器需要有中断控制器，处理中断请求；而设备控制器需要有中断请求的能力；
  • DMA(Direct Memory Access)控制：处理器完全接管对总线的控制，数据交换不经过处理器，而直接在内存和IO设备之间进行。优点是可速度传送成组数据，完全由硬件电路实现，传输速度快，处理器仅在初始和结束时能与；
  • 通道控制： 通过一个特殊功能的处理器（有自己的指令和程序）对IO设备进行统一管理，也可使内存与IO设备进行数据传输。优点：进一步减少输入输出传输数据时对系统的影响；传输的速率高；

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