概念解释

I/O带宽（I/O Bandwidth）:

单位时间段内，入/出系统的数据量或所完成的I/O操作次数。即：是指在一定的时间内所完成的工作量，也称为吞吐率（Throughput）。

响应时间（Response time）:

也称执行时间（Execution time）或等待时间（Latency），是指从作业提交开始到作业完成所花的时间。

外设（Device）:

外部辅助存储器和输入设备、输出设备统称为外设。也称为外围设备或外部设备或I/O设备。

输入设备（Input Device）:

输入设备的作用是将程序、原始数据、文字、图像、控制命令或现场采集的数据等信息输入到计算机。常见的输入设备有键盘、鼠标器、扫描仪等。

输出设备（Output Device）:

输出设备把计算机的中间结果或最后结果、机内的各种数据符号及文字或各种控制信号等信息以某种形式输出到计算机外部。常用的输出设备有显示终端(CRT/LCD)、打印机、绘图仪等

存储设备（Storage Device）:

各种外部存储器称为存储设备，可以把信息从存储设备输入到主存，也可以把主存中的信息输出到存储设备上保存。如：软盘、磁盘、光盘、磁带等。

终端（Terminal）:

传统终端是指一种计算机外部设备，现在的终端概念已定位到一种由CRT显示器、控制器及键盘合为一体的设备，它与我们平常指的微型计算机的根本区别是没有自己的中央处理单元（CPU），当然也没有自己的内存，其主要功能是将键盘输入的请求数据发往主机（或打印机）并将主机运算的结果显示出来。对互联网而言，终端泛指一切可以接入网络的计算设备，如个人电脑、网络电视、可上网手机、PDA等。

磁道（Track）:

磁盘在高速旋转时，磁头相对于磁盘表面做相对运动。相对运动时磁头在盘面上所经过的路径构成一个磁道。磁头在不同的位置，磁盘表面就形成不同半径的同心圆，因此，每个同心圆为一个磁道。每个磁道都有一个编号，最外面的是0磁道。

柱面（Cylinder）:

在一个磁盘驱动器中的若干个盘片都连到同一个中心轴上，每个可读写的盘面上都有一个磁头，这些磁头被连在一起且同时按相同的轨迹移动。因此，在不同盘面上的磁头总是处在相同的半径的磁道上，所有盘面上的这些磁道构成一个柱面。所以柱面号和磁道号是一样的。磁头号和盘面号是一样的。

扇区（Sector）:

每个磁道被划分为若干段（段又叫扇区），每个扇区的存储容量均为512字节。每个扇区都有一个编号。扇区是磁盘的最小编址单位。到磁盘上寻找数据时，只要定位到哪个扇区。读写数据时可能会以多个扇区为单位进行传输。

道密度（Track density）:

沿磁盘半径方向单位长度的磁道数称为道密度。道密度的单位是道/英寸（英文表示为TPI，是Track Per Inch的缩写）或道/毫米（TPM）。道密度：Dt=1/S (S-道距)

位密度（Bit density）:

磁道上单位长度所记录的二进制信息位叫位密度或线密度，早期的磁盘，每个磁道所含信息量一样。这样的磁盘因为周长不同，其每个磁道的位密度也不同。一般磁盘的位密度是指最内圈上的位密度。单位是位/英寸或位/毫米。位密度：Db=f*t/(3.14*dmin) (f-数码脉冲频率，t-转一圈的时间，dmin-内径)。现在也有一些磁盘的磁道采用变长方式记录信息，外圈上的磁道可以比内圈上的磁道多记录一些信息。

磁盘平均存取时间（Average access time）:

操作系统必须通过三个步骤对磁盘进行操作：寻道(seek)、旋转(rotation)、读写数据。前两个操作时间的平均值之和称为磁盘平均存取（寻址、定位）时间。即：平均存取时间等于平均寻道时间加平均旋转时间。

平均寻道时间（Average seek time）:

移动磁头，使磁头定位到要读写的磁道上的操作称为寻道(seek)。平均寻道时间取决于相邻两道之间的寻道时间，称为道间移动时间，工业上也把它称为最小寻道时间。平均寻道时间有很多种测量方法，最简单的方法就是把最长寻道时间除以2。最长寻道时间就是从最内（外）移过所有磁道到最外（内）的时间。

平均旋转时间（Average rotational latency/delay）:

磁头定位在要读写的磁道后，磁盘开始旋转直到磁头正好落在要读写的数据上方。这段时间称为旋转（等待）时间。平均旋转时间是磁盘转一圈的时间的一半。

传输时间（Transfer time）:

当磁头正好落在要读写数据的起点后，就开始读/写数据，磁盘读/写一块数据（即：一个扇区）的时间为传输时间。它是扇区大小、旋转速度、磁道上位密度的函数。

磁盘数据传输率（transfer rate）:

分为外部数据传输率和内部数据传输率两种。外部数据传输率指主机接口从（向）硬盘缓存读出（写入）数据的速度；内部数据传输率指读写磁头定位在要读写的数据块的始端后连续从磁道中读出或写入数据的速度。内部数据传输率： Dr=D*V=rm (D-存储密度，V-磁介质与磁头相对运动速度，r-转速，m-道容量)

磁盘控制器（Disk Controller）:

用来控制磁盘进行数据读写，并控制数据在磁盘和主存间进行传输。所以。一次磁盘读写操作除了上述寻道、旋转、传输三个操作时间以外，还要加上磁盘控制器时间。

冗余磁盘阵列（Redundant Arrays of Inexpensive Disk，RAID）:

将多个独立操作的磁盘按某种方式组织成磁盘阵列，以增加容量，利用类似于主存中的多体交叉技术，将数据存储在多个盘体上，通过使这些盘并行工作来提高数据传输速度，并用冗余磁盘技术提高系统可靠性。

I/O接口（I/O Interface，I/O module）:

输入输出接口是主机和外设之间传送信息的“桥梁”，介于主机和外设之间。主机控制外设的命令信息、传送给外设的数据或从外设取来的数据、以及外设送给主机的状态信息等都要先存放到输入输出接口。对每种具体的设备来说，就是介于底板总线和I/O总线之间的扩展卡或插件板，例如，网卡、显示卡等。也有很多设备的接口电路集成在主板上，如：声卡、Modem卡、打印机控制卡、磁盘控制器、键盘/鼠标控制电路等已经基本上集成在主板上，只留一些电缆插座，以连接相应的外部设备。

I/O端口（I/O port）:

I/O接口中有一些寄存器，用来存放控制/数据/状态信息，这些寄存器称为I/O端口。

命令(控制)端口（Command/Control port）:

在I/O接口中，用来接收控制信息的寄存器称为命令端口，只可以进行写操作。

数据端口（Data port）:

在I/O接口中，用来接收和发送数据的寄存器称为数据端口，可以进行读/写操作。

状态端口（Status port）:

在I/O接口中，用来记录设备或I/O端口的状态的寄存器称为状态端口，只可以进行读操作。有些接口电路，将命令端口和状态端口合二为一，作为命令端口时，从CPU写入控制信息；作状态端口时，存入外设或接口的状态信息，供CPU读取。

I/O空间（I/O address space）:

所有I/O端口号组成的地址空间。

独立编址（Special address space）:

指对I/O地址空间独立编址，不占用主存单元的地址空间，也就是两者分别编号，因而可能有相同的编号，但地址位数大多不同，主存单元多，地址空间大，因而地址位数多；I/O端口少，地址空间小，地址位数少。因为可能有相同的编号，所以指令中无法靠地址来区分要访问的是主存单元还是I/O端口，所以，需要有和访存指令不同的操作码，因而，需要设计专门的I/O指令。

统一编址（United address space）:

I/O端口和主存单元统一编址，所以也称为存储器映射I/O（Memory-mapped I/O）方式。一个地址空间分成了两部分，各在不同的地址段中，但地址的位数是相同的，可根据地址范围的不同来区分访问的是主存单元还是I/O端口，所以无需专门的输入输出指令。

并行接口（Parallel interface）:

并行接口在设备和接口之间同时传送一个字节或字的所有位。

串行接口(Serial interface):

串行接口在设备和接口之间按位来传送数据。

可编程接口（Programmable interface）:

能用程序来改变或选择接口的功能和操作方式。

不可编程接口（non-programmable interface）:

不能用程序来改变其功能，但可通过硬连线路逻辑来实现不同的功能。

I/O指令（I/O instruction）:

指用来访问I/O端口的指令。指令中的操作码必须指出是读还是写，地址码必须说明信息在哪个端口和哪个通用寄存器之间进行传送，所以，地址码中要给出端口号和通用寄存器编号。如，80x86中的IN指令和OUT指令等。

在具有通道的大型机中，CPU通过通道控制外设，此时I/O指令是指控制通道和外设控制器的指令。如：START I/O，TEST I/O，HALT I/O指令等。

程序查询I/O方式（I/O Polling）:

CPU通过执行查询程序来完成对外设的控制，实现和外设的数据传送。在查询程序中，CPU首先通过读取状态端口中的状态信息，了解接口是否已“就绪”（或“完成”），是的话就通过数据端口进行新的数据传送，并查询外设是否空闲，在外设空闲的情况下，通过发送控制信息到命令端口，然后由接口发“启动”命令送外设；如果接口没有就绪，或外设不空闲，则CPU继续查询，以等待接口就绪或外设空闲。所有信息（包括：控制、数据、状态）的交换由查询程序中的I/O指令完成。

就绪状态（Ready）:

对于输入设备而言，就绪状态意味着接口中的数据缓冲器已准备好，CPU可以从接口取数据；对于输出设备而言，则说明数据缓冲器已空，CPU可以将数据送到接口中。

程序中断I/O方式（I/O interrupt）:

程序中断I/O方式下，CPU启动外设后，就转到另外一个程序执行，此时，外设和CPU并行工作。一旦外设完成任务，便发中断请求给CPU，告知CPU上次任务已经完成。此时，CPU暂停正在执行的程序，转到一个中断服务程序进行中断处理，在中断处理过程中，进行外设下一步的准备工作（如：传送下一个要打印的数据；取走键盘数据或采样数据，为下次输入腾空数据缓冲寄存器；等等），最后启动外设，并回到原程序继续执行。此时，CPU和外设又能并行工作。

可屏蔽中断（Maskable interrupt）:

如果某个中断事件不是很紧急，可以被延缓响应，那么在处理其他中断时，就可以屏蔽这个中断，让正在处理的中断执行完，再来响应这个中断。这种称为可屏蔽中断。一般外设中断源引起的中断都是可屏蔽中断。

不可屏蔽中断（Non-maskable interrupt, NMI）:

不可屏蔽中断是指重要或紧急的硬件故障事件，如电源掉电、存储器线路错等。这类中断发生时，必须立即响应，不能把这类中断屏蔽掉。

中断请求寄存器（Interrupt Request Register）:

在中断控制器中的专门用来存放每个设备对应的中断请求信号的寄存器。

中断屏蔽寄存器（Interrupt Mask Register）:

在中断控制器中的专门用来存放每个中断源对应的中断屏蔽字的寄存器。

中断响应优先级（Interrupt Response Priority）:

中断响应优先级是指当多个中断请求发生时，优先响应哪个中断请求。它是由硬件排队线路或中断查询程序的查询顺序决定的，不可动态改变。

中断处理优先级（Interrupt Process Priority）:

中断处理优先级反映的是正在处理的中断是否比新发生的中断的处理优先级低（即：屏蔽位为“0”，对新中断开放），如果是的话，就中止正在处理的中断，转到新中断去处理，处理完后回到原被中止的中断继续处理。中断处理优先级可以由中断屏蔽字来动态改变。

DMA（直接存储器存取）I/O方式（Direct Memory Access）:

DMA是Direct Memory Access的缩写。每次需要进行外设数据读写时，首先CPU把要传送的数据个数、数据块在内存的首址、数据传送的方向（是读操作还是写操作）、设备的地址等参数送给DMA控制器，然后发送一个命令给DMA接口，启动外设进行数据准备工作。在这些工作完成后，CPU就继续进行其他工作。此时，外设和CPU并行工作。而I/O设备和主存交换数据的事情就交给了DMA控制器。DMA控制器在需要的时候就申请总线控制权，占用总线完成I/O设备和主存间的数据传送。传送结束后，用中断请求告诉CPU，让CPU做一些数据校验等后处理工作。

DMA方式适合于像磁盘一类的高速设备（外存），以成批的方式和内存直接交换数据。

周期挪用（Cycle stealing）:

周期挪用法的基本思想是，当外设准备好一个数据时，DMA控制器就向CPU申请一次总线控制权， CPU在一个机器周期结束时一旦发现有DMA请求，就立即释放总线，让出一个周期给DMA控制器，由DMA控制器控制总线在主存和外设之间传送一个数据，传送结束后立即释放总线，下次外设准备好数据时，又重复上述过程，直到所有数据传送完毕。这种情况下，CPU的工作几乎不受影响，只是在万一出现访存冲突时，CPU挪出一个周期给DMA，由DMA访问主存，而CPU延迟访问主存。这里CPU挪用的是主存存取周期。

DMA控制器（DMA Controller）:

把DMA接口中控制数据传送的硬件逻辑称为DMA控制器。它能象CPU一样控制总线，完成I/O设备和主存间的数据传送。

通道（Channel，CH）:

通道是用来负责管理外设以及实现主存和外设之间数据交换的一种专门的控制部件。通道能够执行专门的通道指令，通过执行通道程序进行I/O操作管理。CPU通过执行专门的I/O指令来启动、停止通道，也可以测试或改变通道的工作状态，而不直接参与对外设的管理和控制。

通道指令（Channel Command）:

又称为通道控制字(Channel Control Word，简称CCW)，是为通道专门设计的用于I/O的指令。一个通道控制字一般包括操作命令码、数据在内存的首址、传送数据个数和控制标志字段等

输入/输出处理机（I/O processor）:

输入/出处理机方式是通道方式的进一步发展，有两种输入/出处理机系统结构。一种是通道结构的输入/出处理机，通常称为I/O处理机(IOP)。另一种输入/出处理机系统结构是外围处理器(PPU)方式。在大型计算机系统中，有时选用通用计算机担任PPU，它基本上独立于主CPU而工作，也有自己的指令系统，可进行算术/逻辑运算、主存读写和与外设交换信息等。

　