主机I/O系统和微机I/O系统

不同规模的计算机系统，其I/O系统的结构也有差别。通常可将I/O系统的结构分为两大类：主机I/O系统和微机I/O系统。

1.主机I/O系统

比较典型的主机I/O系统具有四级结构：主机、通道、控制器和外部设备。

为了使CPU摆脱繁忙的I/O事物，现代大、中型计算机中都设置了专门处理I/O操作的机构，这就是通道。通道相当于一台小型处理机，它接受主机的委托，独立地执行通道程序，对外部设备的I/O操作进行控制，以实现内存和外设之间的成批数据传输。当主机委托的I/O任务完成后，通道发出中断信号，请求CPU处理。这样，就使得中央处理机基本上摆脱了I/O的处理工作，从而大大提高了CPU和外设工作的并行程度。

虽然各种I/O通道的基本功能是相同的，但其形式和规模相差很大，有的很简单，有的甚至用CPU作为I/O通道。根据信息交换的方式，通道可以分成字节多路通道、选择通道和成组多路通道三种类型。

①字节多路通道。它以字节作为信息传输单位，服务于多台低速I/O设备，如卡片输入机、打印机等。当通道为一台设备传送一个字符之后，立即转向为下一台设备传送字符，从而交叉地控制下属各个设备的工作。如IBM 370中，一个字节多路通道最多可以连接256台低速设备。

②选择通道。它在同一时间里只能为一台设备服务，连续地传输一批数据，故传输速率很高。它主要用于连接高速外部设备，如磁盘、磁带等。当一个I/O请求完成后，再选择另一个设备执行I/O操作。

③成组多路通道。它结合字节多路通道分时操作和选择通道高速传送的优点，广泛用于连接高速和中速设备。成组多路通道允许多个通道程序在同一I/O通道中并行运行，每当执行完一条通道指令，它就转向另一通道程序。它在任意时刻只能为一个设备服务，这类似于选择通道；但它不必等到整个通道程序结束就能为另一设备服务，这又类似于字节多路通道。(www.xing528.com)

2.微型机I/O系统

在大多数微型机和小型机中都使用总线I/O系统结构，实现CPU与控制器之间的通信，如图9-1所示。

图9-1　总线I/O系统结构示意图

总线是组成计算机的各部件间进行信息传送的一组公共通路，其传送的信息都遵循严格定义的协议。从图9-1中可以看出，各部件只与总线连接，它们的信息发送和接收也通过总线实现。目前，PC上常用的公共系统总线是PCI（Peripheral Component Interconnect，外部设备互连）总线结构，它把处理器——内存子系统与高速设备连接起来。另外，使用扩展总线把相对慢速的设备（如键盘、串行和并行端口）连接起来。

I/O设备一般由机械和电子两部分组成。为了达到模块化和通用性要求，设计时往往将这两部分分开处理。电子部分称作设备控制器或适配器，常以印刷线路板的形式插入主机槽中。它可以管理端口、总线或设备，实现设备主体（即机械部分）与主机间的连接与通信。通常，一台控制器可以控制多台同一类型的设备。因此，操作系统总是通过设备控制器实施对设备的控制和操作。控制器是可编址的设备。