I O的控制方式 查詢,中斷,dma

2021-07-22 23:34:08 字數 1846 閱讀 5792

早期,i/o序列,查詢方式。

發展,i/o並行,兩種方式其一是中斷方式,其二是dma方式,使得外部裝置能直接與主儲存器資訊交換,減輕了cpu的工作量。

技術繼續發展,出現通道結構,實質上為高效能的dma控制器(微處理器,dma方式的進化),目的在於讓i/o自己完成輸入輸出。

技術再發展,出現i/o處理機,實質上為更高效能的處理器(dma再進化),成為小型的cpu系統,具有自己的暫存器,記憶體,指令集。

注意區別,i/o指令,是屬於**處理器的指令集,比如8086的in,out指令。

通道指令,通道自身微處理器的指令。編寫控制通道的輸入輸出程式,是由作業系統的開發者完成的。現代的i/o系統, 遇到**處理器的i/o指令,不象早期那樣直接去控制輸出與輸入,而是去呼叫通道程式。

換句話說,現代計算機系統中,cpu的i/o指令僅僅發了乙個命令訊號,而實際工作是由通道(微處理器)自己的程式來完成的。

埠概念:介面當中的暫存器。

i/o與主機的聯絡:

1.  i/o裝置編址方式

①統一編址: 在主存位址中劃出一部分作為埠位址,這叫i/o對映(由硬體完成)。

優點可以簡化指令集,用乙個指令既可以與主存通訊,也可以與i/o埠通訊。

這種方式是通過劃分位址的不同,來區分訪問主存與i/o。

②不統一編址: x86架構,有專用的i/o指令,比如與主存通訊是move,i/o通訊是in,out。

2. i/o裝置控制方式

①查詢方式: 又分為傳統查詢(序列),cpu踏步等待。

輪詢方式(區域性並行),cpu以一定的週期按照次序去查詢每乙個外設,看它是否有資料輸入或輸出   。

就好像我們在網上進行了購物,傳統查詢方式工作機制是:從付款開始後,我們就站在小區門口等待,一直到快遞公司把貨物送到手上,這個期間什麼事情都不做。

顯然,傳統查詢太蠢,於是改進為輪詢方式,工作機制是:從付款開始後,我們每隔一段時間(比如4小時),去小區門口檢視一下,如果貨物到了就拿取,沒到的話繼續回來做其他事情。

比起傳統查詢,輪詢方式的效率提高多了。

②中斷方式: 區域性並行

中斷方式比起輪詢來說,又改進了一步,工作機制是:從付款開始後,我們正常做其他事情,快遞公司會主動給我們打**(中斷訊號),報告貨物已到,接到**後我們暫停當前的工作,去小區門口領取貨物,然後回來接著做剩餘的工作。

顯然,日常生活中,大部分人使用的就是中斷方式。

③ dma方式:完全並行

dma是中斷方式的更好改進,工作機制是:我們命令秘書去網上購買商品,同時讓秘書負責商品的收取,整個過程基本上不需要自己參與,可以完全專注於當前工作。

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無論是傳統查詢,輪詢,以及中斷,都需要cpu自己完成額外工作。

而dma徹底解放了cpu與i/o通訊的額外負擔。

dma方式下cpu讓出了匯流排(位址匯流排,資料匯流排,控制匯流排),暫時由dma控制器來接管匯流排,控制器就能直接完成i/o裝置與主存的資料交換。

如果恰好cpu此時需要訪問主存,那它不得不暫停乙個儲存週期(不是指令週期),如果只需要訪問暫存器或者cache,那cpu就不會有任何停頓。

其效率比較圖如下:

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