003 数据传输控制.ppt

I/O技术 I/O控制使用下面几种技术： 程序控制 中断驱动 直接存储器存取（DMA） 通道 1、程序控制I/O技术 由处理器提供I/O相关指令来实现 I/O处理单元处理请求并设置I/O状态寄存器相关位 不中断处理器，也不给处理器警告信息 处理器定期轮询I/O单元的状态，直到处理完毕 I/O软件包含直接操纵I/O的指令 控制指令: 用于激活外设，并告诉它做什么 状态指令: 用于测试I/O控制中的各种状态和条件 数据传送指令: 用于在设备和主存之间来回传送数据 主要缺陷：处理器必须关注I/O处理单元的状态，因而耗费大量时间轮询信息，严重地降低了系统性能 图7.2 程序直接控制方式 2、中断驱动I/O技术 为了解决程序控制I/O方法的主要问题 应该让处理器从轮询任务中解放出来 使I/O操作和指令执行并行起来 具体作法： 当I/O处理单元准备好与设备交互的时候 通过物理信号通知处理器，即中断处理器 图7.3 中断控制方式的传送结构 图7.4 中断控制方式的处理过程 3、DMA技术（1） 中断的引入大大地提高了处理器处理I/O的效率 当处理器和I/O间传送数据时，效率仍旧不高 解决方法： 直接存储器访问（DMA：Direct Memory Access） 通过系统总线中一独立控制单元——DMA控制器 自动控制成块数据在内存和I/O单元间的传送 大大提高处理I/O的效能 DMA技术（2） 当处理器需要读写一整块数据时 给DMA控制单元发送一条命令 包含：是否请求一次读或写，I/O设备的编址，开始读或写的主存编址，需要传送的数据长度等信息 处理器发送完命令后就可处理其它事情 DMA控制器将自动管理数据的传送 当这个过程完成后，它会给处理器发一个中断 处理器只在开始传送和传送结束时关注一下就可 DMA技术（3） 处理器和DMA传送不完全并行 有时会有总线竞争的情况发生 处理器用总线时可能稍作等待 不会引起中断 不引起程序上下文的保存 通常过程只有一个总线周期 在DMA传送时，处理器访问总线速度会变慢 对于大量数据I/O传送，DMA技术是很有价值 图7.5 DMA方式的传送结构 (1) 当进程要求设备输入数据时，CPU把准备存放输入数据的内存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，还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。 (2) 发出数据要求的进程进入等待状态，进程调度程序调度其他进程占据CPU。 (3) 输入设备不断地挪用CPU工作周期，将数据缓冲寄存器中的数据源源不断地写入内存，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在接收到中断信号后转中断处理程序进行善后处理。 (5) 中断处理结束时，CPU返回被中断进程处执行或被调度到新的进程上下文环境中执行。 图7.6 DMA方式的数据传送处理过程 DMA方式与中断的主要区别 中断方式是在数据缓冲寄存区满后，发中断请求，CPU进行中断处理 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 大大减少了CPU进行中断处理的次数 中断方式的数据传送是由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 不用DMA，磁盘读过程 首先，控制器从磁盘驱动器串行地一位一位地读一个块，直到将整块信息放入控制器的内部缓冲区中 其次，它做和校验计算，以核实没有读错误发生 然后控制器产生一个中断。 CPU响应中断，控制转给操作系统。当操作系统开始运行时，它重复地从控制器缓冲区中一次一个字节或一个字地读这个磁盘块的信息，并将其送入内存中 使用DMA，磁盘读过程 允许DMA控制器接管地址线的控制权，直接控制DMA控制器与内存的数据交换。从而使磁盘设备与储器之间的数据传送不需要CPU介入，因而减轻了CPU负担。 当采用DMA时，除向控制器提供要读块的磁盘地址外，还要向控制器提供两个信息：要读块送往内存的起始地址和要传送的字节数。 使用DMA，磁盘读过程 当DMA硬件控制磁盘与存储器之间进行信息交换时，每当磁盘把一个数据读入控制器的数据缓冲区时，DMA控制器取代CPU，接管地址总线的控制权，并按照DMA控制器中的存储器地址寄存器内容把数据送入相应的内存单元中。然后，DMA硬件自动地把传送字节计数器减1，把存储器地址寄存器加1，并恢复CPU对内存的控制权，D