操作系统 输入/输出 控制方式篇

前言:

这章的内容比较分散,和计算机组成原理以及硬件相关.牵连到的其他学科内容我们稍微提及一下,不会展开细说,如果有需要的可以自行查阅资料,或者给我留言.

知识点介绍

I/O控制方式

1)程序直接控制方式(关键字:轮询)

简单地对上面的步骤进行解释

CPU->I/O : CPU向I/O发出读命令

I/O->CPU : 将I/O状态寄存器读入CPU,这时候就开始轮询了,CPU不停地I/O检查有没有准备好,状态寄存器由1->0.就好了

错误条件:是外部设备有可能会发生错误.操作系统是软件,如果是硬件错误操作系统是无法修复的.

从数据寄存器中读取字,然后CPU转存到存储器中

基本思想:

计算机从外部设备读取数据到存储器，每次读一个字的数据。对读入的每个字，Cpu需要对外设状态进行循环检查，直到确定该字已经在I/O控制器的数据寄存器中。在程序直接控制方式中，由于cpu的高速性和I/O设备的低速性，致使cpu的绝大部分时间都处于等待I/O设备完成数据I/O的循环测试中，造成了cpu资源的极大浪费。在该方式中，Cpu之所以要不断地测试I/O设备的状态，就是因为在cpu中未采用中断机构，使io设备无法向cpu报告，它已经完成了一个字符的输入.

2)中断驱动方式(关键字:中断)

简单地对上面的步骤进行解释

就是在CPU向I/O发出读命令后加了中断,我去忙其他的事情了,你好了告诉我.剩下的和之前一样

基本思想:

引入中断机制。由于I/O设备速度很慢，因此在cpu发出读写命令后，可将等待I/O进程阻塞先切换到别的进程执行。当I/O完成后，控制器会向cpu发出一个中断信号，Cpu检测到中断信号后，会保存当前进程的运行环境信息，转去执行中断处理程序。处理该中断的过程中，Cpu从I/O控制器读一个字的数据传送到cpu寄存器，再写入主存，接着cpu恢复等待I/O的进程的运行环境，然后继续执行

中断驱动方式比程序直接控制方式有效，但由于数据中的每个字在存储器与I/O控制器之间的传输都必须经过cpu，这就导致了中断驱动方式仍然会消耗较多的cpu时间

注意:

1)Cpu会在每个指令周期的末尾检查中断

2)中断处理过程中需要保存恢复进程的运行环境，这个过程是需要一定时间开销，可见如果中断发生的频率太高，也会降低系统性能

3)DMA方式

DMA方式特点:

1)数据的传送单位是"块"不再是一个字一个字地传送

2)数据的流向是从设备直接放入内存，或者从内存直接到设备，不需要cpu作为"快递小哥"

3)只有在传送一个或多个连续的数据块的开始和结束时才需要cpu干预(离散的数据块或者是需要在内存中离散的存放,需要cpu多次干预的)

DMA工作过程:

Cpu接收到I/O设备的DMA请求时，他给I/O控制器发出一条命令，启动DMA控制器，然后继续其他工作，之后cpu把控制操作委托给DMA控制器，由该控制器负责处理。DMA控制器直接与存储器交互，传送整个数据块，每次传送一个字，这个过程不需要cpu参与。传送完成后，DMA控制器发送一个中断信号给处理器，因此，只有在传送开始和结束时才需要cpu的参与

DMA控制方式与中断驱动方式的主要区别

中断驱动方式在每个数据需要传输时中断cpu DMA控制方式则是在所要求传送的一批数据全部传送结束才中断cpu。此外，中断驱动方式数据传送是在中断处理时由cpu控制完成的，DMA控制方式则是在DMA控制器的控制下完成的.

4)通道控制方式

通道是一种硬件，可以理解为是弱鸡版的cpu，因为与cpu相比，通道可以执行的指令很单一，并且通道程序是放在主机内存中的，也就是说通道与cpu共享内存.

通道控制方式执行过程

1)Cpu向通道发出I/O指令，指明通道程序在内存中的位置，并指明要操作的是哪个/O设备，之后cpu就切换到其他进程执行了

2)通道执行内存中的通道程序，其中指明了要读入或写出什么数据，读或写的数据应该放在内存的什么位置等信息

3)通道执行完规定的任务后，向cpu发出中断信号，之后cpu对中断进行处理

I/O通道与一般处理机的区别:

通道指令的类型单一，没有自己的内存通道，所执行的通道程序是放在主机的内存中的，也就是说通道与cpu共享内存.

IO通道与DMA方式的区别:

DMA方式需要cpu来控制传输的数据块大小传输的内存位置，而通道方式中这些信息是由通道控制的。另外，每个DMA存储器对应一台设备与内存传递数据，而一个通道可以控制多台设备与内存的数据交换

简单地说就是相当于有了一位秘书,我把事情都交给秘书干,秘书有了很大的自主权.

总结一下吧