输入输出系统是计算机系统的重要组成部分，负责处理计算机与外部设备之间的数据交互。本章主要介绍输入输出系统的原理和实现方式，以及计算机系统如何通过输入输出系统提供服务。
一、输入输出系统概述
输入输出系统是连接计算机主机与外部设备的桥梁，它管理着数据的传输、设备的控制和中断处理。常见的输入输出设备包括键盘、鼠标、显示器、打印机和存储设备等。
二、输入输出控制方式
输入输出系统主要通过以下几种方式控制数据传输：
- 程序查询方式：CPU通过不断查询设备状态来控制数据传输，效率较低，但实现简单。
- 中断方式：设备在准备好数据传输时向CPU发送中断请求，CPU响应中断并处理数据传输，提高了系统效率。
- 直接内存存取方式：由DMA控制器直接管理数据传输，无需CPU干预，适用于高速数据传输场景。
三、中断系统
中断是输入输出系统的核心机制之一，它允许外部设备异步地向CPU请求服务。中断系统包括中断请求、中断响应、中断处理和中断返回等步骤。中断向量表和中断服务程序是实现中断处理的关键。
四、通道与输入输出处理机
在大型计算机系统中，通道或输入输出处理机被用于进一步减轻CPU的负担。它们可以独立执行输入输出指令，管理多个设备的数据传输。
五、总线与接口
总线是连接计算机各部件（包括输入输出设备）的通信通路。接口则负责设备与总线之间的协议转换和数据缓冲。常见的总线标准包括PCI、USB等。
六、计算机系统服务
输入输出系统为计算机系统提供了关键的服务功能，例如：
- 设备管理：分配和释放设备资源，处理设备冲突。
- 数据传输：实现高效、可靠的数据读写操作。
- 错误处理：检测并处理设备故障或数据传输错误。
- 用户交互：通过输入输出设备实现人机交互。
七、输入输出性能优化
为了提高输入输出系统的效率，可以采用缓冲技术、SPOOLing技术以及多道程序设计等方法。这些技术能够减少CPU等待时间，提高系统整体吞吐量。
总结，输入输出系统是计算机系统中不可或缺的一部分，它通过多种控制方式和机制，实现了计算机与外部世界的高效交互，为计算机系统提供了丰富的服务功能。掌握输入输出系统的原理和实现，对于理解计算机整体工作原理具有重要意义。
