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　　推荐于2018-05-11展开全部CPU与外部设备、存储器的连接和数据交换都需要通过接口设备来实现，前者被称为I/O接口，而后者则被称为存储器接口。存储器通常在CPU的同步控制下工作，接口电路比较简单；而I/O设备品种繁多，其相应的接口电路也各不相同，因此，习惯上说到接口只是指I/O接口。

　　I/O接口的功能是负责实现CPU通过系统总线把I/O电路和 外围设备联系在一起，按照电路和设备的复杂程度，I/O接口的硬件主要分为两大类：

　　这些芯片大都是集成电路，通过CPU输入不同的命令和参数，并控制相关的I/O电路和简单的外设作相应的操作，常见的接口芯片如定时／计数器、中断控制器、DMA控制器、并行接口等。

　　有若干个集成电路按一定的逻辑组成为一个部件，或者直接与CPU同在主板上，或是一个插件插在系统总线插槽上。

　　按照接口的连接对象来分，又可以将他们分为串行接口、并行接口、键盘接口和磁盘接口等。

　　由于计算机的外围设备品种繁多，几乎都采用了机电传动设备，因此，CPU在与I/O设备进行数据交换时存在以下问题：

　　速度不匹配：I/O设备的工作速度要比CPU慢许多，而且由于种类的不 同，他们之间的速度差异也很大，例如硬盘的传输速度就要比打印机快出很多。

　　时序不匹配：各个I/O设备都有自己的定时控制电路，以自己的速度传 输数据，无法与CPU的时序取得统一。

　　信息格式不匹配：不同的I/O设备存储和处理信息的格式不同，例如可以分为串行和并行两种；也可以分为二进制格式、ACSII编码和BCD编码等。

　　信息类型不匹配：不同I／O设备采用的信号类型不同，有些是数字信号，而 有些是模拟信号，因此所采用的处理方式也不同。

　　基于以上原因，CPU与外设之间的数据交换必须通过接口来完成，通常接口有以下一些功能：

　　（1）设置数据的寄存、缓冲逻辑，以适应CPU与外设之间的速度差异，接口通常由一些寄存器或RAM芯片组成，如果芯片足够大还可以实现批量数据的传输；

　　（3）能够协调CPU和外设两者在信息的类型和电平的差异，如电平转换驱动器、数／模或模／数转换器等；

　　（6）设置中断和DMA控制逻辑，以保证在中断和DMA允许的情况下产生中断和DMA请求信号，并在接受到中断和DMA应答之后完成中断处理和DMA传输。

　　这种方式下，CPU通过I/O指令询问指定外设当前的状态，如果外设准备就绪，则进行数据的输入或输出，否则CPU等待，循环查询。

　　这种方式的优点是结构简单，只需要少量的硬件电路即可，缺点是由于CPU的速度远远高于外设，因此通常处于等待状态，工作效率很低

　　在这种方式下，CPU不再被动等待，而是可以执行其他程序，一旦外设为数据交换准备就绪，可以向CPU提出服务请求，CPU如果响应该请求，便暂时停止当前程序的执行，转去执行与该请求对应的服务程序，完成后，再继续执行原来被中断的程序。

　　中断处理方式的优点是显而易见的，它不但为CPU省去了查询外设状态和等待外设就绪所花费的时间，提高了CPU的工作效率，还满足了外设的实时要求。但需要为每个I／O设备分配一个中断请求号和相应的中断服务程序，此外还需要一个中断控制器（I／O接口芯片）管理I／O设备提出的中断请求，例如设置中断屏蔽、中断请求优先级等。

　　这些通道实际上就是I/O处理器，他们执行通道程序。这些程序包含了成串的I/O指令，其中就包含有最原始的分流功能。这些通道极大地降低了CPU在I/O操作中的工作量，使得CPU可以更加高效地工作。每一个通道都能同时处理许多I/O操作和控制上千个设备。

　　在360和370系列构架上，操作系统会创建一个通道程序并在一个已连接到所需设备的通道上执行这个程序。如果这个通道或控制单元十分忙碌，起始 I/O指令就会失败，然后操作系统就会尝试在另一个已连接到不同控制单元的通道上重新开始通道程序。如果所有的道路都是繁忙的，操作系统就会把这个请求列入队列留在以后再试。XA系列里面出现的一个显著的改进就是创立了通道子系统的概念，这个子系统可以协调并安排系统里所有通道的活动。现在操作系统只需要创立通道程序，然后把程序转交给通道子系统，通道子系统就会处理所有的通道/控制单元以及队列问题。这样就使大型机具有了更加强大的I/O吞吐量并使 CPU能更有效地工作，因为只有在所有的I/O操作都完成的时候才需要CPU的介入。