输入输出系统（二） - 概述（二）

前面已经提到过， 概述部分一共会介绍四个问题， 前面已经介绍了三个问题了：详细请参见。 现在来讲后续这个：

四、I/O设备与主机信息传送的控制方式：

一共包括五大方式， 这里主要介绍三种方式：

1， 程序查询方式

CPU与外设采用串行连接的。 流程图如下：

注意上图中的红框框部分， CPU发出读指令之后， 由于CPU的速度比I/O的速度快很多， 并且只有当I/O中数据准备好了之后才能进行读操作， 所以CPU就必须等待I/O先把数据准备好； 才能进行后续的工作， 这样CPU的效率无形之中就被降低了。

2， 程序中断方式

这种方式实现了CPU与外设的部分并行连接， 在I/O设备进行数据准备时， CPU可以执行其他的事情； 一定程度上解放了CPU。

这种方式将I/O设备工作分为两部分， 一部分是：I/O准备； 一部分是：与主机交换信息。 在I/O准备这个阶段不需要CPU的参与， 发出指令后I/O进行数据准备， 当准备完成之后， 产生中断 让CPU暂停目前程序的处理转而帮助I/O设备与主机的信息交换。

启动I/O设备之后继续执行当前程序； 假设在K位置数据准备好了。CPU开始执行中断服务程序， 完成之后， 从K+1位置开始执行现行程序。 这点对于学过单片机的各位应该很好理解。和程序查询方式相比， 这种方式CPU没有出现等待时间。

流程图如下：

3， DMA方式

前面两种方式数据传输依然需要CPU的参与， 即如下图：

DMA方式可以将CPU从数据输入输出中进一步解放出来， 使外部设备和内存之间建立直接的联系。由DMA控制器控制外部设备与内存直接交换信息。有一条数据通路。 这种方式称为周期挪用（窃取）。

为什么会叫这个名字？

内存与I/O交换数据就必须要有数据总线和地址总线。 DMA控制器控制I/O和内存之间的信息传输就需要暂时控制总线， 这个时间为一个存取周期， 周期挪用（窃取）表示的是挪用（窃取）总线的控制权。

如上图所示， CPU一直在执行现行程序， 当碰到I/O需要传输数据时， 发出指令启动I/O， 然后继续执行现行程序， 当I/O

设备数据准备完成之后由DMA发出控制总线的请求， 完成数据的传输。 在这一个存取周期中， CPU不能忘内存里面存取数据，

但这并不意味着此时CPU是处于等待状态的， 现代计算机中CPU可以一次从内存中取许多条指令（预取）， 在这个存取周期里

面完全可以执行这些指令。

这种方式比程序中断方式更加提升了CPU的效率（不需要执行相关的指令来保护现场， 让CPU执行完中断服务程序之后继

续执行现行程序， 这都需要指令的参与）。

三种方式的比较：

后面还有通道方式和I/O处理机方式。