数据传送的控制方式

数据传送的控制方式
程序控制的数据传送分为无条件传送、查询传送和中断传送，这类传送方式的特点是以CPU为中心，数据传送的控制来自CPU，通过预先编制好的输入或输出程序（传送指令和I／O指令）实现数据的传送。

这种传送方式的数据传送速度较低，传送路径要经过CPU内部的寄存器，同时数据的输入输出的响应也较慢。

一、无条件传送方式
又称“同步传送方式”。

主要用于外设的定时是固定的并且是已知的场合，外设必须在微处理器限定的指令时间内准备就绪，并完成数据的接收或发送。

通常采用的办法是：把I／O指令插入到程序中，当程序执行到该I／O指令时，外设必定已为传送数据作好准备，于是在此指令时间内完成数据传送任务。

无条件传送是最简便的传送方式，它所需的硬件和软件都较少。

二、查询传送方式
无条件传送对于那些总是准备好的外设来说是比较适用的，但是，还有许多外设并不是总是准备好的。

当CPU与这类外设进行数据交换，经常采用程序查询方式。

查询方式传送数据的过程如下：
1、如果CPU要从外设接收一个数据，CPU首先查询外设的状态，看外设数据是否准备好，若没有准备好，则等待；若外设已将数据准备好，则CPU由外设读取数据。

2、接收数据后，CPU向外设发响应信号，表示数据已被接收。

外设收到响应信号之后，即可开始下一个数据的准备工作。

3、当CPU需要向外设输出一个数据，同样，CPU首先查询外设的状态，看其是否空闲。

若正忙，则等待；若外设准备就绪，处于空闲状态，则CPU向外设送出数据和输出就绪信号，外设接收数据后，向CPU发出数据已收到的状态信息，这样，就完成了一个数据的输出过程。

在条件查询方式下，CPU在与外设打交道时，必须采样READY信号。

（1）查询方式
◆从硬件上来说，必须有两个端口，状态端口，数据端口。

◆从软件上来说，必须有查询循环。

（2）查询传送的缺点
不能对外设进行及时的数据交换，这对许多实时性要求较高的外设来说，就可能造成丢
失数据。

三、中断传送方式
无条件传送和查询传送的缺点是CPU和外设只能串行工作，各外设之间也只能串行工作。

为了使CPU和外设以及外设和外设之间能并行工作，以提高系统的工作效率，充分发挥CPU高速运算的能力，在计算机系统中引入了“中断”系统，利用中断来实现CPU与处设之间的数据传送，这就是中断传送方式。

在中断传送方式中，通常是在程序中安排好在某一时刻启动某一台外设，然后CPU继续执行其主程序，当外设完成数据传送的准备后，向CPU发出“中断请求”信号，在CPU 可以响应中断的条件下，现行主程序被“中断”，转去执行“中断服务程序”，在“中断服务程序”中完成一次CPU与外设之间的数据传送，传送完成后仍返回被中断的主程序，从断点处继续执行。

采用中断传送方式时，CPU从启动外设直到外设就绪这段时间，一直在执行主程序，而不是像查询方式中长时间处于等待状态，仅仅是在外设准备好数据传送的情况下才中止CPU执行的主程序，在一定程序上实现了主机和外设的并行工作。

同时，如果某一时刻有几台外设发出中断请求，CPU可以根据预先安排好的优先顺序，按轻重缓急处理几台外设同CPU的数据传送，这样在一定程度上也可实现几个外设的并行工作。

四、DMA（直接存储器存取）传送方式
DMA（Direct Memory Access）是一种不需要CPU干预也不需要软件介入的高速数据传送方式。

即直接存储器存取。

其特点是在传送过程中，直接由DMA控制器控制数据在外设和存储器之间传送。

而CPU放弃总线，不进行传送控制。

它之所以适用大批量快速传送是因为：一方面，传送计数和内存地址的修改等均由DMA 控制器硬件完成（而不是由CPU指令完成）。

另一方面，CPU放弃总线，其现场不受影响，无须保存和恢复。

所以，DMA传送一个数据，大约仅花一微秒左右时间。

若不用DMA方式，则传送一个字节需要几十微秒时间。

使用DMA数据传送率最高可达1.5M字节/秒。

DMA控制器是一个高性能可编程的DMA控制器，他允许外部设备直接存取系统存储器信息，它提供了许多典型的可编程的控制特性，以增进系统的优化和数据的吞吐量。

并允许在程序控制下实现动态控制。

DMA控制器有四个独立的通道，每个通道都有64K寻址和字计数能力，并允许以级联方式来扩充更多的通道。

1、DMA操作的基本方法
（1）周期挪用（Cycle Stealing）
（2）周期扩展
（3）CPU的停机方式
2、DMA的传送方式
（1）单字节传送方式
（2）成组传送方式（数据块传送方式）
（3）请求传送方式
3、DMA控制器的基本功能
在DMA操作中，DMAC是控制存储器和外设之间高速传送数据的硬件电路，是一种完成直接数据传送的专用处理器，它必需能够取代CPU和软件在程序控制传送中的各项功能，因此DMAC应该具有如下功能：
（1）能接受外设的DMA请求信号DREQ，并能向外设发出DMA响应信号DACK；
（2）能向CPU发出总线请求信号（HLDA或BUSAK），当CPU发出总线响应信号（HLDA或BUSAK）后能接管对总线的控制权，进入DMA方式；
（3）能发出地址信息，对存储器寻址并修改地址指针；
（4）能发出读、写等控制信号，包括存储器访问信号和I／O访问信号；
（5）能决定传送的字节数，并能判断DMA传送是否结束；
（6）能发出DMA结束信号，释放总线，使CPU恢复正常工作。