输入-输出控制方式

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虽然DMA方式比中断方式显著的减少了CPU的干预，即 由以字节为单位的干预减少到以数据块为单位的干预。但 是CPU每发出一条I/O指令，只能去读写一个连续的数据块， 而对于离散的数据块，则仍需CPU分别发出多条I/O指令及 进行多次中断处理才能完成，这样DMA方式仍不能满足复 杂的I/O操作要求。在现代的计算机系统中，普遍采用由 专门的I/O处理机来接受CPU的委托，独立执行自己的通道 程序来实现外围设备和内存之间的信息交换，这就是通道 技术。
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DMA方式即直接存取（Direct Memory Access）方式，其基 本思想是在外围设备和内存之间开辟直接的数据交换通路。
在DMA方式中，I/O控制器具有比中断方式和程序直接方式时更强的 功能。另外，除了控制状态寄存器和数据缓冲寄存器外，DMA控制器中 还包括传送字节计数器、内存地置寄存器等。DMA方式采用窃取总线控 制权的方法，不断的挪用CPU的工作周期把数据缓冲寄存器中的数据直 接送到内存地址寄存器所指向的内存区域。
常用的控制方式有四种：程序直接控制方式、中断控制 方式、DMA方式和通道方式。
程序直接控制方式（Programmed Direct Control）也称循环等待方式或 忙-等待方式，就是由用户进程来直接控制内存或CPU和外围设备之间的 信息传送。
这种方式的控制者是用户进程。当 用户进程需要数据时，它通过CPU 发出启动设备准备数据的启动命令 “Start”，然后，用户进程进入测 试等待状态。在等待时间内，CPU 不断地用一条测试指令检查描述设 备的工作状态的控制状态寄存器。 而外围设备只有将数据传送的准备 工作做好之后，才将该寄存器置为 完成状态。
（4）在以后的某个时刻，进程调度程序选中提出请求并得到了 数据的进程，该进程从约定的内存单元中取出数据继续工作。
上述中断方式与程序直接控制方式相比，使CPU的利用率大大提高且 能支持多道程序的设备的并行操作，但也存在着许多问题：
（1）I/O控制器的数据缓冲器比较小，通常只有几个字节。当进程一 次要求传输的信息量较大时，需要发生多次的中断，这将耗去大量的 CPU时间。
程序控制方式虽然控制简单，也不需要多少硬件支持，但是，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 序直接控制方式明显的存在下述缺点：
（1）CPU和外围设备只能串行工作。由于CPU的处理速度要大大 高于外围设备的数据传送和处理速度，所以，CPU的大量时间都 处于等待和空闲状态。这使得CPU的利用率大大降低。
（2）CPU在一段时间内只能和一台外围设备交换数据信息，并不 能实现设备之间的并行工作。
（5）中断处理结束的某个时刻，进程调度选中该要求输入 的进程运行。
DMA方式与中断方式的一个 主要区别是，中断方式是在 数据缓冲寄存器满之后发中 断，要求CPU进行中断处理， 而DMA方式则是在所要求传 送的数据块全部传送结束时 要求CPU进行中断处理。这 就大大减少了CPU进行中断 处理的次数。另外一个区别 是，中断方式的数据是在中 断处理时由CPU控制完成的， 而DMA方式则是在DMA控制器 的控制下不经过CPU控制完 成的。这就排除了因并行操 作设备过多时CPU来不及处 理或因速度不匹配而造成数 据丢失的现象。
（2）在进程发出指令启动设备后，该进程放弃处理机，等待输入 完成。从而，进程调度程序调入其他就绪进程占据处理机。此时 CPU与I/O设备处于并行工作状态。
（3）当输入完成时，I/O控制器通过中断请求线向CPU发出中断 信号。CPU在接受到中断信号后，转向相应的中断处理程序检查 输入过程是否正确，若正确则向控制器发送取走数据的信号，然 后通过控制器将数据写入指定的内存单元
（2）发出数据要求的进行进入等待状态，进程调度程序调 度其他进程占据CPU。
（3）输入设备不断的挪用CPU工作周期，将数据缓冲寄存器 中的数据源源不断的写入内存，直到所要求的字节全部传送 完毕。
（4）DMA控制器在传送字节数完成时通过中断请求线发出中 断信号，CPU在接受到中断信号后转相应的中断处理程序，唤 醒等待输入的进程进入就绪状态。
（3）由于程序直接控制方式依靠测试设备标志触发器的状态位 来控制数据传送，因此无法发现和处理由于设备或其他硬件所产 生的错误。所以，程序直接控制方式只适用于那些CPU执行速度 慢，而且外围设备较少的系统。
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为了减少程序直接控制方式中CPU等待时间以及提高系统的并行工作程度， 中断（Inerrupt）方式被用来控制外围设备和内存与CPU之间的数据传送。
（2）现在计算机系统通常配置各种各样的外围设备，如这些设备都 通过中断方式并行操作，则由于中断次数的急剧增加而造成CPU无法 响应中断和出现数据丢失的现象。
（3）在中断控制方式时，假定外围设备的速度非常低，而CPU的
处理速度非常高。也就是说，当设备把数据放入数据缓冲寄存器 并发出中断信号后，CPU有足够的时间在下一个数据进入数据缓 冲寄存器之前取走这些数据。如果外设的速度也非常高，则可能 造成数据缓冲寄存器的数据由于CPU来不及取走而丢失。
操作系统
输入/输出控制方式
1、程序控制方式 2、中断控制方式 3、DMA控制方式 4、通道控制方式
选择和衡量控制方式有如下几条原则： （1）数据传送速度足够高，能满足用户的需要但又不丢失 数据。 （2）系统开销小，所需的处理控制程序少。 （3）能充分发挥硬件资源的能力，使得I/O设备尽量忙， 而CPU等待时间少。
DMA方式不仅允许CPU控制地址线，进行CPU与主存的数据交换，而 且允许DMA控制器“接管”地址线的控制权直接控制DMA控制器与主存的 数据交换。因此I/O设备与主存之间的数据传送不需要CPU介入，从而减 轻了CPU的负担。
DMA方式的数据输入处理过程如下：
（1）当进程要求输入数据时，CPU把准备存放输入数据的内 容始址以及要传送的字节数分别送入DMA控制器中的内存地址 寄存器和传送字节计数器；另外，把控制状态寄存器中的中 断允许位和启动位置1；从而启动设备开始进行数据输入。
这种方式要求CPU与设备 之间有相应的中断请求线，以 及在设备控制器的控制状态寄 存器的相应的中断允许位。中 断方式的传送方式的流程如图 6．2所示。
（ 1）进程需要数据时，通过CPU发出“Start”指令启动外围设备准 备数据。该指令同时还将控制状态寄存器中的中断允许位打开，以 便在需要时，中断程序可以被调用执行。