計算機(jī)視角

馮?諾伊曼計算機(jī)的基本思想中有提到計算機(jī)硬件組成應(yīng)為五大部分：控制器，運算器，存儲器，輸入和輸出。其中輸入是指將數(shù)據(jù)輸入到計算機(jī)的設(shè)備，比如鍵盤鼠標(biāo)；輸出是指從計算機(jī)中獲取數(shù)據(jù)的設(shè)備，比如顯示器；以及既是輸入又是輸出設(shè)備，硬盤，網(wǎng)卡等。

用戶通過操作系統(tǒng)才能完成對計算機(jī)的操作。計算機(jī)啟動時，第一個啟動的程序是操作系統(tǒng)的內(nèi)核，它將負(fù)責(zé)計算機(jī)的資源管理和進(jìn)程的調(diào)度。換句話說：操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)從輸入設(shè)備讀取數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)寫入到輸出設(shè)備。

所以I/O之于計算機(jī)，有兩層意思：

1、I/O設(shè)備

對I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)讀寫

對于一次I/O操作，必然涉及2個參與方，一個輸入端，一個輸出端，而又根據(jù)參與雙方的設(shè)備類型，我們又可以分為磁盤I/O，網(wǎng)絡(luò)I/O（一次網(wǎng)絡(luò)的請求響應(yīng)，網(wǎng)卡）等。

2、程序視角

應(yīng)用程序作為一個文件保存在磁盤中，只有加載到內(nèi)存到成為一個進(jìn)程才能運行。應(yīng)用程序運行在計算機(jī)內(nèi)存中，必然會涉及到數(shù)據(jù)交換，比如讀寫磁盤文件，訪問數(shù)據(jù)庫，調(diào)用遠(yuǎn)程API等等。但我們編寫的程序并不能像操作系統(tǒng)內(nèi)核一樣直接進(jìn)行I/O操作。

因為為了確保操作系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，操作系統(tǒng)啟動后，將會開啟保護(hù)模式：將內(nèi)存分為內(nèi)核空間（內(nèi)核對應(yīng)進(jìn)程所在內(nèi)存空間）和用戶空間，進(jìn)行內(nèi)存隔離。我們構(gòu)建的程序?qū)⑦\行在用戶空間，用戶空間無法操作內(nèi)核空間，也就意味著用戶空間的程序不能直接訪問由內(nèi)核管理的I/O，比如：硬盤、網(wǎng)卡等。

但操作系統(tǒng)向外提供API，其由各種類型的系統(tǒng)調(diào)用（System Call）組成，以提供安全的訪問控制。
所以應(yīng)用程序要想訪問內(nèi)核管理的I/O，必須通過調(diào)用內(nèi)核提供的系統(tǒng)調(diào)用(system call）進(jìn)行間接訪問。

所以I/O之于應(yīng)用程序來說，強(qiáng)調(diào)的通過向內(nèi)核發(fā)起系統(tǒng)調(diào)用完成對I/O的間接訪問。換句話說應(yīng)用程序發(fā)起的一次IO操作實際包含兩個階段：

IO調(diào)用階段：應(yīng)用程序進(jìn)程向內(nèi)核發(fā)起系統(tǒng)調(diào)用

IO執(zhí)行階段：內(nèi)核執(zhí)行IO操作并返回
. 準(zhǔn)備數(shù)據(jù)階段：內(nèi)核等待I/O設(shè)備準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)
. 拷貝數(shù)據(jù)階段：將數(shù)據(jù)從內(nèi)核緩沖區(qū)拷貝到用戶空間緩沖區(qū)

I/O輸入/輸出(Input/Output)，分為IO設(shè)備和IO接口兩個部分。

在POSIX兼容的系統(tǒng)上，例如Linux系統(tǒng)，I/O操作可以有多種方式，比如DIO(Direct I/O)，AIO(Asynchronous，I/O 異步I/O)，Memory-Mapped I/O(內(nèi)存映設(shè)I/O)等，不同的I/O方式有不同的實現(xiàn)方式和性能，在不同的應(yīng)用中可以按情況選擇不同的I/O方式。

輸入輸出I/O流可以看成對字節(jié)或者包裝后的字節(jié)的讀取就是拿出來放進(jìn)去雙路切換；實現(xiàn)聯(lián)動控制系統(tǒng)的弱電線路與被控設(shè)備的強(qiáng)電線路之間的轉(zhuǎn)接、隔離，以防止強(qiáng)電竄入系統(tǒng)，保障系統(tǒng)的安全；

與專線控制盤連接，用于控制重要消防設(shè)備（如消防泵、噴淋泵、風(fēng)機(jī)等），一只模塊可控制一臺大型消防設(shè)備的啟、停控制；

插拔式結(jié)構(gòu)，可像安裝探測器一樣先將底座安裝在墻上，布線后工程調(diào)試前再將切換模塊插入底座。易于施工、維護(hù)；

通過無源動合接點或切換AC220V電壓作為回答信號。

確認(rèn)燈動作燈—紅色，回答燈—綠色；動作時，動作燈常亮、回答燈常亮。

IO輸出口可接繼電器，繼電器接點負(fù)載AC250V/3A、DC30V/7A啟動為一組常開/常閉觸點、停止為一組常開觸點。

審核編輯 黃宇