操作系统-CPU与外设交互方式

操作系统-CPU与外设交互方式

1. 查询方式

​ 查询方式是一种异步交互方式。
​ 外设的接口处有Ready标志位，CPU想要和外设之间进行数据交互，就要先查询接口的标志位。
​ 询问外设是否准备就绪，如果没有准备就绪，CPU一会儿再来访问；
​ 如果外设准备就绪，进行数据传输。
​ 特点：由程序发起IO请求，并且等待完成；交互必须通过CPU的参与。

2. 无条件传输方式

​ 无条件传输方式是一种同步交互方式。
​ 这种操作方式需要外设与CPU进行过完美的同步，
​ 保证每次CPU来读的时候，外设的数据都已经准备好了。
​ 每次CPU来写的时候，外设准备好了被写入数据。
​ 主要用于：外设的时钟周期已知且稳定的场景。

3. 中断方式

​ 当外设准备好发送数据或者接收数据的时候，向操作系统发出中断申请。
​ CPU放下手中的工作，保存上下文，进行中断响应。
​ 中断响应结束以后，恢复上下文进行原来的工作。
​ 特点：
​ 在外设进行准备的过程中，CPU可以先不管外设，和外设并发的工作。
​ 缺点：
​ 如果IO交互太频繁，中断次数太频繁，CPU需要多次中断，耗费CPU资源

4. 通道方式

​ 通道是一种用来控制内存和外设交互的专门部件。
​ 通道有自己独立的指令系统，可以脱离CPU独立运行，也可以受控于CPU。
​ 常用在大型计算机中。
​ 特点：
​ IO能力强，以内存为中心，直接与外设进行数据交换，传输过程几乎不需要CPU参与

5. DMA方式

​ 当前微机使用广泛的一种方式
​ DMA 全称 Direct Memory Access， 直接内存访问
​ DMAC ：C表示Controller，直接内存访问控制器
​ 核心原理：
​ CPU把总线控制权交给DMAC，进入DMA方式，完成数据传输之后，DMAC交还总线控制权。
特点：开始和结束的时候，向CPU交换总线控制权，数据传输过程不需要CPU介入
​ 基本传输过程：

1. 外设有DMA需求并且准备就绪，就向DMAC发出请求信号
2. DMAC收到外设的请求信号之后，向CPU发出总线请求信号
3. CPU接到总线请求信号之后，如果允许DMA传输，则会在当前总线周期结束之后，发出DMA响应信号，让出总线控制权
4. DMAC获得对总线的控制权，向外设发出应答信号，通知外设可以进行传输
5. 进行数据传输
6. 传输完成之后，DMAC向CPU发出撤销总线控制权请求，CPU收到信号之后，收回总线控制权