[科普中国]-输入输出控制系统

简介

输入输出控制系统对计算机的外部输入输出设备实施控制，I/O设备和辅助存储器与处理器和主存储器之间的数据交换也必须通过控制系统，其功能主要是发送设备控制命令、检测外部设备状态和控制数据的输入输出。控制系统包括与输入输出有关的软、硬件和I/O设备控制器等。2

结构及作用随着计算机设备接口程序的增加，输入输出控制也就变得越来越复杂。如果过分复杂的话，设备接口程序和主程序的接口程序就会变得难于处理。因而，在这里有必要进一步研究一下主程序，以便从几个主程序的接口程序中，取出其通用部分，作为主程序的通用接口程序。这样一来，主程序与接口程序就变得容易处理多了。最常用的主程序的接1：3程序(即输入输出控制程序)有输入输出的错误处理，数据输入输出文件的登记、删除、文件结构的控制和自动编辑等程序．使用这些程序对主程序来说，是极其方便的。3

它通常用在输入输出设备的动作速度和计算机速度之间匹配，或者为了提高程序的柔性而设置缓冲，并通过它将输入输出设备和CPU联系起来。为了更有效地使用输入输出设备和计算机，最好能熟练地使用中断功能。4

输入输出控制方式随着计算机系统组织结构的发展，输入输出控制方式有程序控制输入输出方式、中断方式、直接存储器存取控制方式、通道控制方式和输入输出处理机控制方式。这些不同输入输出方式，都是本着追求输入输出操作和中央处理器操作的更大并行性、输入输出控制的更大独立性、外围设备连接的更大方便性为目标的。1

程序控制输入输出方式由中央处理器通过程序，直接控制外围设备及全部输入输出操作。按这种方式控制时，输入输出操作与中央处理器操作是完全串行的，很慢的输入输出操作要占用大量的中央处理器时间，使中央处理器的效率降低。1

中断方式外国设备发出中断请求，计算机执行完成现行指令后，响应中断，暂停主程序，转入中断服务程序，控制外围设备的输入输出操作。操作结束后，中断服务程序返回主程序，使主程序继续运行。1

直接存储器存取控制方式简称直接存取方式(DMA)。外围设备和主存储器直接相连，输入输出数据不经过中央处理器而直接进出主存储器，中央处理器只控制外围设备的起动和状态检测等操作，不控制数据的输入输出传送。DMA控制器挪用主存储器周期，控制数据输入输出。这种控制方式的关键部件是DMA控制器，其结构框图如图中虚线框所示。它包括DMA控制器和设备控制器等，这种输入输出控制方式适用于设备速度较快，设备数量不多的情况，例如磁盘机、磁带机等。1

通道控制方式输入输出通道简称通道，是把外围设备和主存储器连接起来的数据通路，负责数据的输入输出传送控制。通道控制当然也是一种直接存取控制方式，但其功能要比一般的DMA功能强。因为通道有自己的指令系统、状态字和程序。通道程序虽然存储在主存储器中，但是在通道中运行的，通道通过运行通道程序来实现对外围设备及输入输出的控制。通道控制方式的输入输出控制系统由通道和外围设备控制器组成。1

输入输出处理机控制方式用一台专门的处理机来取代通道，实现对外围设备及输入输出的控制。输入输出处理机控制系统由外围设备处理机和设备控制器组成。由于处理机不仅有功能更丰富的指令系统，而且有一定的存储容量，所以它的功能比通道控制方式强。外围处理机控制方式的组成结构见输入输出处理机。1