第六章6.2 I/O控制方式（课件）-《计算机原理》同步教学（电工版）

6.2 I/O控制方式 I/O控制方式概述 程序控制方式 直接存储器访问（DMA）方式 中断驱动方式 通道控制方式 设备独立性软件技术 contents 目 录 I/O控制方式概述 01 I/O控制方式是指计算机系统对输入/输出设备进行控制和管理的方式。 确保计算机系统能够高效、准确地与外部设备进行数据传输和交互，满足用户的需求。 定义与作用 I/O控制方式的作用 I/O控制方式定义 分类与特点 同步I/O控制方式 分类：程序查询、中断、DMA（Direct Memory Access，直接内存访问）。 特点：程序查询方式效率较低，适用于数据量不大的I/O操作；中断方式适用于随机性的I/O操作；DMA方式适用于高速数据传输的I/O操作。 分类与特点 异步I/O控制方式 02 分类：中断、通道、I/O处理器。 03 特点：中断方式适用于随机性的I/O操作；通道方式适用于多任务环境下的I/O操作；I/O处理器方式适用于大规模的I/O操作。 01 从早期的程序查询方式到现代的通道、DMA、I/O处理器等控制方式，I/O控制方式经历了不断的发展和改进。 发展历程 随着计算机技术的不断发展，I/O控制方式也在不断演进。未来，I/O控制方式将更加高效、智能和自动化，以满足不断增长的数据传输和处理需求。同时，随着云计算、大数据等技术的普及，I/O控制方式也将更加注重可扩展性和灵活性。 发展趋势 发展历程与趋势 程序控制方式 02 在子程序中，根据I/O设备的特性和操作要求，编写相应的控制代码，实现对I/O设备的控制。 当需要执行I/O操作时，主程序调用相应的子程序，子程序执行完毕后返回主程序，继续执行后续的代码。 程序控制方式的基本原理是：在主程序中，通过调用子程序来实现I/O操作的控制。 程序控制方式原理 1 2 3 程序控制方式适用于各种类型的I/O设备，包括输入设备、输出设备和存储设备等。 在一些简单的I/O操作中，如读取键盘输入、控制打印机输出等，程序控制方式可以满足需求。 在一些复杂的I/O操作中，如磁盘读写、网络通信等，程序控制方式也可以通过组合多个子程序来实现。 程序控制方式应用场景 程序控制方式优缺点分析 01 优点 02 实现简单：程序控制方式不需要特殊的硬件支持，只需要在软件中编写相应的控制代码即可。 灵活性高：可以根据不同的I/O设备和操作要求，编写不同的子程序，实现灵活的控制。 03 可维护性好：程序控制方式的代码结构清晰，易于理解和维护。 程序控制方式优缺点分析 缺点 实时性差：在需要实时响应的系统中，由于程序控制方式需要等待子程序执行完毕后才能继续执行后续代码，因此实时性较差。 效率较低：由于需要调用子程序来执行I/O操作，因此相对于中断方式和DMA方式，程序控制方式的效率较低。 程序控制方式优缺点分析 直接存储器访问（DMA）方式 03 DMA方式通过在设备和内存之间直接传输数据块的方式进行数据传输。 数据块传输 无需CPU介入 高速传输 DMA方式在数据传输过程中无需CPU的介入，由DMA控制器负责数据的传输和同步。 由于DMA方式直接在设备和内存之间传输数据，因此具有较高的数据传输速度。 03 02 01 DMA方式原理 DMA方式应用场景 大数据量传输 当需要从设备传输大量数据到内存时，DMA方式可以显著提高数据传输效率。 实时性要求高的场景 对于需要实时处理的数据，DMA方式可以快速地将数据从设备传输到内存，以满足实时性要求。 独立于CPU的传输 在一些特定应用场景中，需要将数据从设备传输到内存，而无需CPU的干预，此时DMA方式非常适用。 DMA方式优缺点分析 优点 高速数据传输：DMA方式具有较高的数据传输速度，能够满足大数据量传输的需求。 减轻CPU负担：DMA方式在数据传输过程中无需CPU的介入，从而减轻了CPU的负担。 提高系统效率：DMA方式可以显著提高数据传输效率，从而提高整个系统的效率。 DMA方式优缺点分析 03 编程复杂度较高：使用DMA方式进行数据传输需要编写较为复杂的驱动程序和应用程序代码。 01 缺点 02 硬件开销大：实现DMA控制器需要额外的硬件开销，增加了系统的复杂性和成本。 DMA方式优缺点分析 中断驱动方式 04 中断驱动方式原理 中断驱动方式的基本原理是当输入/输出设备完成一项工作或遇到一个事件时，即向CPU发出中断信号，CPU在响应中断后，会暂停当前执行的程序，转去执行中断服务程序，进行相应的处理。 中断驱动方式采用硬件中断控制器来收集各个设备的中断请求，并按照优先级进行排序，然后发送给CPU。 CPU在执行完一条指令后，会检查中断控制器是否有中断请求。如果有，CPU就会暂停当前执行的程序，跳转到相应的中断服务程序进行处理。 中断驱动方式应用