什么是I/O（输入/输出）？

I/O（输入/输出），发音为“eye-oh”，描述与计算机之间传输数据的任何操作、程序或设备。常见的I/O设备包括打印机、硬盘、键盘和鼠标。

输入/输出设备通过简化计算设备通过网络的通信方式在计算机编程中发挥着至关重要的作用。

为什么 I/O 很重要？

在计算机体系结构中，I/O 包含一系列必须正确执行才能支持在离散机器之间共享数据的任务。系统内所有类型的数据移动都依赖于 I/O 操作，包括音频文件、软件指令集、文本和视频流。

输入/输出信号携带计算机中央处理单元（CPU）必须执行以启动数据传输的指令。输入可以来自硬件、软件或人机交互。

I/O 输入信号将数据从 CPU、存储控制器或内存传送到存储设备。 I/O 输出信号从计算机流向输出设备。

有些 I/O 设备是仅输入设备，这意味着它们发送数据但不接收数据；仅输出设备则相反，接收输入但无法将数据发送到其他机器。一些 I/O 设备接收输入、处理数据并产生输出。

I/O 描述了与计算机之间传输数据的任何操作、程序或设备。例如，I/O信号将数据从CPU、存储控制器或存储器移动到存储设备。

I/O 设备通常分为存储、网络通信、用户界面或使用离散系统与计算机连接的相关硬件服务。为了进行通信，设备使用并行或串行 I/O 端口或无线信号。

输入/输出分为两类：硬I/O和软I/O。硬 I/O 是指计算机和外部物理设备（例如键盘或鼠标）之间发生的直接数据传输。当数据通过网络在计算机或服务器之间传输时，例如流媒体或文件共享，就会发生软 I/O。

I/O 操作是根据每秒发生的操作数计算的，也称为 IOPS，或作为传输速度的度量。 I/O 性能受到计算机内设备功能的影响，包括驱动器、显卡和网络设备。

计算机设备使用并行或串行 I/O 端口或通过无线技术进行通信。

现代计算系统通常使用位于系统总线和附加外围设备之间的 I/O 处理器构建。 I/O 处理器专门用于处理与数据传输相关的操作。

为了促进 I/O 设备和处理器之间的通信，I/O 接口识别 CPU 生成的所有地址。控制器的任务是确保数据传输到计算机的各种组件。使用各种控制方法，包括：

编程 I/O (PIO)。此方法要求处理器为每次 I/O 传输执行命令；因此，它是最慢的方法。优点是编程 I/O 编程最简单。
中断驱动的I/O。使用这种方法，I/O 设备在准备好接收数据时发送命令。然后，CPU 会暂时暂停正在执行的操作以执行新指令，然后再恢复之前的活动。这样CPU就不需要检查I/O设备的接收状态。
高级可编程中断控制器 (APIC)。此变体向 APIC 发送中断信号，以在设备准备好发送数据时通知处理器。
直接内存访问 (DMA)。DMA 绕过 CPU 将数据命令从外设发送到主内存。 DMA 是 PIO 的替代品，PIO 也称为可编程 I/O，是 CPU 管理所有数据事务的过程。
输入输出内存机器单元 (IOMMU)。IOMMU 专为虚拟机设计，允许操作系统 (OS) 将物理设备和虚拟设备的映射关联起来，以有效地分配内存资源。

I/O 设备分为存储、网络、用户界面或连接离散机器或系统的相关硬件支持服务。

I/O 设备的管理由计算机操作系统通过专用子系统来处理，该子系统旨在管理设备驱动程序或任何附加硬件。现代计算机支持多种设备，包括音频和视频驱动器、蓝牙适配器、磁盘驱动器、显示适配器、加密狗、高速打印机、调制解调器、USB 闪存驱动器和移动热点。

I/O 输入设备在最终用户和计算机或其他信息系统之间创建接口。输入设备通过硬件组件、软件或人机交互发送命令。在 I/O 输入中，数据从设备流向计算机。

I/O输出操作是指输出设备响应数据输入而发送的数据信号。数据从计算机流向输出设备，并在输出设备中被提取和处理。该处理确保数据输出以用户能够理解的方式呈现。

仅 I/O 输入设备包括以下内容：

模数转换器将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，是仅 I/O 输入设备的一个示例。

仅处理 I/O 输出的设备包括：

声控虚拟助理展示了处理数据输入和输出的技术。当用户发出搜索请求时，这些设备会检索所请求的信息并使用自然语言处理传达结果。用户的请求就是输入；设备的语音响应是输出。

硬盘驱动器和固态驱动器 (SSD) 可以分为输入设备和输出设备。数据写入基于 NAND 闪存的驱动器扇区，也可以从 SSD 中获取。

其他能够发送和接收数据的设备包括：

一些专家声称磁盘和闪存驱动器属于存储，而 I/O 操作则与网络带宽相关。其他人则认为磁盘和闪存允许数据读取和写入，因此可以接收数据输入并产生数据输出。

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