I/O 数据传送的控制方式

0 I/O数据传送控制方式

1. 无条件传送方式
2. 程序查询方式
3. 中断传送方式
4. 直接存器存取方式（DMA）
5. I/O 通道方式
6. I/O 处理机方式

本章只介绍，前四种

1 程序控制方式

1.1 无条件传送方式

1. 工作过程
   1. 输入时输入设备数据准备好
   2. 输出时输出设备空闲
2. 所带来的问题：不知道外设状态，可能造成传送错误

1.2 条件传送方式（程序查询方式）

1. 工作过程
   1. CPU传送数据前，主动查询是否就绪
   2. 没有就绪，继续查询
2. 是一种 同步 方式
3. 所带来的问题：每传送一个数据，CPU 花费大量时间等待，所以 CPU 利用率低

1.3 中断传送方式

1. 工作过程： 外设准备就绪，主动向 CPU 发送请求中断
2. 是一种 异步 方式
3. 所带来的的问题：保护断点，恢复现场，消耗大量资源

2 直接存器存取方式（DMA）

2.1 介绍

1. DMA 控制器实现内存与外设间的直接快速传送
2. 适合传送大批量数据
3. DMA 传送期间，CPU 让出总线控制权（同一时刻，系统总线只能接受一个部件控制）
4. DMA 传送包括
   1. DMA 读传送：存储器 -> I/O 设备
   2. DMA 写传送：I/O 设备 -> 存储器
   3. 存储单元传送：存储器 -> 存储器

2.2 工作过程

1. I/O 设备向 DMC 控制器发送请求
2. DMA 控制器向 CPU 发送请求，请求接管系统总线控制
3. CPU 执行完当前指令的当前指令周期后，向 DMA 控制器发出响应信号
4. DMA 控制器接管控制权，CPU 处于等待状态，监视 DMA 总线请求信号
5. DMA 控制器向 I/O 设备发出响应
6. 当传输完毕后，DMA 控制器将 DMA 总线请求信号置为无效
7. CPU 检测到无效后，恢复对系统总线控制，恢复到 DMA 控制器中断前的现场

2.3 控制器的工作状态

1. 主动态：DMA 控制器获得总线控制权之后，取代 CPU 成为系统的主控者
2. 被动态：DMA 控制器获得总线控制权之前，受到CPU的控制

2.4 缓存一致性问题

1. 缓存一致性问题的发生
   1. DMA 是直接对外设（外存也是外设）进行控制，若此时外存存储的值已经在CPU缓存中更新，却还没来得及写入外存
   2. DMA 外设直接写入外存，但此时 CPU 内部缓存没有及时更新
2. 解决方案
   1. 缓存同调系统（硬件方式）：通过硬件，当发生更新时，发送一个信号告诉 CPU 及时更新
   2. 非缓存同调系统（软件方式）：当使用缓存时，操作系统禁止 DMA 发生