2。简述输入输出三种控制方式
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发布时间：2022-04-30 05:26
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时间：2023-10-16 21:09
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计算机与外设之间进行数据传送有三种基本控制方式：查询方式、中断方式和DMA方式。
1．查询方式
查询方式是通过执行输入/输出查询程序来完成数据传送的，其流程如图7.2所示。
工作原理是：当CPU启动外设工作后，不断地读取外设的状态信息进行测试，查询外设是否准备就绪，如外设准备好，则可以进行数据传送；否则，CPU继续读取外设的状态信息进行查询等待，直到外设准备好。
图7.2 查询方式流程图
采用程序查询方式进行数据传送时，实际上在外设准备就绪之前，CPU一直处于等待状态，致使CPU的利用率较低。倘若CPU按这种方式与多个外设传送数据时，就需要周期性的依次查询每个外设的状态，浪费的时间就更多，CPU的利用率就更低。因此，这种方式适合于工作不太繁忙的系统。
2．中断方式
在第6章已经介绍过中断的基本工作原理和实现技术。实际上，中断方式是一种硬件和软件相结合的技术，中断请求和处理依赖于中断控制逻辑，而数据传送则是通过执行中断服务程序来实现的。
这种方式的特点是：在外设工作期间，CPU无须等待，可以处理其他任务，CPU与外设可以并行工作，提高了系统效率，同时又能满足实时信息处理的需要。但在进行数据传送时，仍需要通过执行程序来完成。
3．DMA方式
采用中断方式可以提高CPU的利用率，但有些I/O设备（如磁盘、光盘等）需要高速而又频繁地与存储器进行批量的数据交换，此时中断方式已不能满足速度上的要求。而直接存储器处理DMA（direct memory access）方式，可以在存储器与外设之间开辟一条高速数据通道，使外设与存储器之间可以直接进行批量数据传送。
实现DMA传送，要求CPU让出系统总线的控制权，然后由专用硬件设备（DMA控制器）来控制外设与存储器之间的数据传送。
DMA方式的工作原理如图7.3所示。
DMA控制器一端与外设连接，另一端与CPU连接，由它控制存储器与高速I/O设备之间直接进行数据传送。
其工作过程是：当I/O设备与存储器需要传送数据时，先由I/O设备向DMA控制器发送请求信号DREQ，再由DMA控制器向CPU发送请求占用总线的信号HRQ，CPU响应HRQ后向DMA控制器回送一个总线响应信号HLDA，随后CPU让出总线控制权并交给DMA控制器，再由DMA控制器回送请求设备应答信号DACK。此时，DMA控制器接管总线控制权，由它控制存储器与I/O设备之间直接传送数据，当一批数据传送完毕，DMA控制器再把总线控制权交还给CPU。
由此可见，这种传送方式的特点是：在数据传送过程中，由DMA控制器参与工作，不需要CPU的干预，批量数据传送时效率很高，通常用于高速I/O设备与内存之间的数据传送，详细工作原理在7.4节讲述。
图7.3 DMA方式的工作原理
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时间：2023-10-16 21:09
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计算机与外设之间进行数据传送有三种基本控制方式：查询方式、中断方式和DMA方式。
1．查询方式
查询方式是通过执行输入/输出查询程序来完成数据传送的，其流程如图7.2所示。
工作原理是：当CPU启动外设工作后，不断地读取外设的状态信息进行测试，查询外设是否准备就绪，如外设准备好，则可以进行数据传送；否则，CPU继续读取外设的状态信息进行查询等待，直到外设准备好。
图7.2 查询方式流程图
采用程序查询方式进行数据传送时，实际上在外设准备就绪之前，CPU一直处于等待状态，致使CPU的利用率较低。倘若CPU按这种方式与多个外设传送数据时，就需要周期性的依次查询每个外设的状态，浪费的时间就更多，CPU的利用率就更低。因此，这种方式适合于工作不太繁忙的系统。
2．中断方式
在第6章已经介绍过中断的基本工作原理和实现技术。实际上，中断方式是一种硬件和软件相结合的技术，中断请求和处理依赖于中断控制逻辑，而数据传送则是通过执行中断服务程序来实现的。
这种方式的特点是：在外设工作期间，CPU无须等待，可以处理其他任务，CPU与外设可以并行工作，提高了系统效率，同时又能满足实时信息处理的需要。但在进行数据传送时，仍需要通过执行程序来完成。
3．DMA方式
采用中断方式可以提高CPU的利用率，但有些I/O设备（如磁盘、光盘等）需要高速而又频繁地与存储器进行批量的数据交换，此时中断方式已不能满足速度上的要求。而直接存储器处理DMA（direct memory access）方式，可以在存储器与外设之间开辟一条高速数据通道，使外设与存储器之间可以直接进行批量数据传送。
实现DMA传送，要求CPU让出系统总线的控制权，然后由专用硬件设备（DMA控制器）来控制外设与存储器之间的数据传送。
DMA方式的工作原理如图7.3所示。
DMA控制器一端与外设连接，另一端与CPU连接，由它控制存储器与高速I/O设备之间直接进行数据传送。
其工作过程是：当I/O设备与存储器需要传送数据时，先由I/O设备向DMA控制器发送请求信号DREQ，再由DMA控制器向CPU发送请求占用总线的信号HRQ，CPU响应HRQ后向DMA控制器回送一个总线响应信号HLDA，随后CPU让出总线控制权并交给DMA控制器，再由DMA控制器回送请求设备应答信号DACK。此时，DMA控制器接管总线控制权，由它控制存储器与I/O设备之间直接传送数据，当一批数据传送完毕，DMA控制器再把总线控制权交还给CPU。
由此可见，这种传送方式的特点是：在数据传送过程中，由DMA控制器参与工作，不需要CPU的干预，批量数据传送时效率很高，通常用于高速I/O设备与内存之间的数据传送，详细工作原理在7.4节讲述。
图7.3 DMA方式的工作原理
