《计算机系统概论》第五讲 输入/输出系统（陈天洲）

输入/输出系统 兴 陈天洲

输入/输出系统 陈天洲

、输入输出系统概念 ◆把输入输岀设备及其接口线路、控制部 件、通道或IO处理器以及ⅠO软件统称 为输入输出系统 ◆输入输出子系统应该由ⅣO硬件和IO软 人件两部分组成

一、输入输出系统概念  把输入输出设备及其接口线路、控制部 件、通道或I/O处理器以及I/O软件统称 为输入输出系统  输入输出子系统应该由I/O硬件和I/O软 件两部分组成

0系统一直是 Computer Architecture的孤儿 历史上一直由于热衷于CPU性能而受到 忽视最典型的是衡量计算机性能难得指 标采用 CPUtime,而不管ⅣO系统的质量是 世界上最好的还是最坏的,均不能反映在 CPUtime这一指标上,因此/O系统称作 为“外部”设备,而成为一种“二等公 人民” 事实上,能更好地度量性能的指标是 response time--即用户输入命令到产生 结果之间的时间

I/O系统一直是Computer Architecture 的孤儿 历史上一直由于热衷于CPU性能而受到 忽视,最典型的是衡量计算机性能难得指 标采用CPUtime,而不管I/O系统的质量是 世界上最好的还是最坏的,均不能反映在 CPUtime这一指标上，因此I/O系统称作 为“外部”设备，而成为一种“二等公 民”。 事实上，能更好地度量性能的指标是 response time----即用户输入命令到产生 结果之间的时间

I/O System Design ◆(1)要考虑性能 (2)可扩展性( expandability), ◆(3)故障恢复能力( resilience in the face of failure) 八·(4)评价O系统性能( performance) 更复杂,要考虑设备的响应速度,吞吐 能力,设备的特性,设备与其他设备的 互连性(OS,存储系统)

I/O System Design  （1）要考虑性能  （2）可扩展性(expandability），  （3）故障恢复能力（resilience in the face of failure)  （4）评价I/O 系统性能（performance) 更复杂， 要考虑设备的响应速度，吞吐 能力，设备的特性，设备与其他设备的 互连性（OS，存储系统）

◆假设有一个基准测试程序 ( Benchmark)执行时间花了100秒 其中CPU占用90,O花费10秒。如 果CPU性能每年改善50%,IO五年不 人变,见下表

 假设有一个基准测试程序 （Benchmark) 执行时间花了100秒  其中CPU 占用90 ，I/O 花费10秒。如 果CPU性能每年改善50%，I/O五年不 变，见下表

After n CPU time v0 time Elapsed % 1/0 years time time 10 100 90 seconds 10% seconds seconds 90%1.5=60 10 70 14% seconds seconds seconds 60%1.5=40 10 50 20 seconds seconds seconds 2345 40%1.5=27 10 37 27%0 seconds seconds seconds 27%1.5=18 10 28 36 seconds seconds seconds 18%1.5=12 10 22 45 seconds seconds seconds

After n years CPU time I/O time Elapsed time % I/O time 0 90 seconds 10 seconds 100 seconds 10% 1 90%1.5=60 seconds 10 seconds 70 seconds 14% 2 60%1.5=40 seconds 10 seconds 50 seconds 20% 3 40%1.5=27 seconds 10 seconds 37 seconds 27% 4 27%1.5=18 seconds 10 seconds 28 seconds 36% 5 18%1.5=12 seconds 10 seconds 22 seconds 45%

则五年后,CPU性能改 善90%12=7.5,即750%; 总执行时间之 凶比100%22=4.5,即450%; 多A1O占总时间比例为 10%22=45%

则五年后，CPU性能改 善 90%12=7.5 ， 即750%； 总执行时间之 比 100%22=4.5，即450%； I/O占总时间比例为 10 %22=45%

Are CPUs Ever ldle? 对I/O的偏见(忽视I/O性能) IO速度不会影响系统性能:因为当一个 进程等待ⅣO的时候,总由另一进程在运 行,所以认为CPU性能不会浪费。 因为性能是按 troughput来度量,而不应 按 response time来度量

Are CPUs Ever Idle? 对I/O的偏见（忽视I/O性能） I/O速度不会影响系统性能：因为当一个 进程等待I/O的时候，总由另一进程在运 行，所以认为CPU性能不会浪费。 因为性能是按troughput来度量，而不应 按response time来度量

I/O性能与设备的应用有关 ◆吞吐率( throughput 系统带宽( bandwidth) 多·单位时间能传输多少数据 每单位时间可以完成多少IO操作运算;

I/O性能与设备的应用有关  吞吐率（throughput)  系统带宽(bandwidth)  单位时间能传输多少数据；  每单位时间可以完成多少I/O操作运算；

与应用环境有关 ◆例1在许多巨型机应用环境里,要求提 供大数据流量,传输带宽是ⅣO的重要 特性。 ◆例2.国家税务总局所得税办公室要处理 八大量的税票,税票信息量要分别存储, 用一个文件能满足要求,对这种应用 I/O系统要能同时传输许多小文件,并 且要更快地处理成百万的税票

与应用环境有关  例1.在许多巨型机应用环境里，要求提 供大数据流量，传输带宽是I/O的重要 特性。  例2.国家税务总局所得税办公室要处理 大量的税票，税票信息量要分别存储， 用一个文件能满足要求，对这种应用， I/O 系统要能同时传输许多小文件，并 且要更快地处理成百万的税票