IO 接口（设备控制器）

I/O 接口的组成

1. 设备控制器与 CPU 的接口：用于实现 CPU 与设备控制器之前的通信。该接口有三类信号线：数据线、地址线和控制线
2. 设备控制器与设备的接口：一个设备控制器可以连接多个设备，所以控制器中有多个设备接口。每个接口都可以传输数据、控制和状态三种类型的信号
3. I/O 逻辑：用于实现对设备的控制

Tip

I/O 接口通过 通信总线(电缆) 和外设连接。

I/O 接口的类型

1. 按数据传送方式，可分为并行接口（一个字节或一个字的所有位同时发送）和串行接口（一位一位有序传送）
2. 按主机访问 I/O 设备的控制方式，可分为程序查询接口、中断接口和 DMA 接口
3. 按功能选择的灵活性，可分为可编程接口和不可编程接口

I/O 端口

I/O 端口是指设备控制器中可被 CPU 直接访问的寄存器，主要有以下三类：

1. 数据寄存器
2. 状态寄存器
3. 控制寄存器

Tip

状态端口和控制端口可合用一个寄存器。

I/O 编址

I/O 端口想要被 CPU 访问，需要对各个端口进行编址，每个端口对应一个端口地址。编址方式分为独立编址和统一编址两种。

(1) 独立编址

I/O 端口的地址空间和主存地址空间是两个独立的地址空间。普通用户程序不能对端口进行访问，需要操作系统使用特殊的 I/O 指令才能访问端口。

优缺点

• 端口数比主存单元少得多，只需少量地址线，使 I/O 端口译码简单，寻址速度快
• 使用专用 I/O 指令，使程序更加清晰，便于理解
• I/O 指令少，只提供简单的传输操作，所以程序设计的灵活性差
• CPU 需要提供独立的设备读/写控制信号，增加了控制的复杂性

(2) 统一编址

统一编址又称内存映射 I/O，是指将贮存地址空间分出一部分给端口进行编址。

优缺点

• 可以使用访存指令访问端口，操作更加灵活
• 端口地址占用了主存地址空间，使主存的可用容量变小
• 识别 I/O 时全部地址线都需参加译码，降低了寻址速度

阻塞 I/O 和非阻塞 I/O

阻塞 I/O 是指在 I/O 操作过程中，进程被阻塞。

非阻塞 I/O 是指在 I/O 操作过程中，进程还能继续运行，并轮询检查 I/O 操作结果。