I/O的控制方式——查询，中断，dma

早期，I/O串行，查询方式。
发展，I/O并行，两种方式其一是中断方式，其二是dma方式，使得外部设备能直接与主存储器信息交换，减轻了cpu的工作量。
技术继续发展，出现通道结构，实质上为高性能的dma控制器（微处理器，dma方式的进化），目的在于让I/O自己完成输入输出。
技术再发展，出现I/O处理机，实质上为更高性能的处理器（dma再进化），成为小型的cpu系统，具有自己的寄存器，内存，指令集。


注意区别，I/O指令，是属于中央处理器的指令集，比如8086的in，out指令。
                通道指令，通道自身微处理器的指令。编写控制通道的输入输出程序，是由操作系统的开发者完成的。现代的I/O系统， 遇到中央处理器的I/O指令，不象早期那样直接去控制输出与输入，而是去调用通道程序。
换句话说，现代计算机系统中，cpu的I/O指令仅仅发了一个命令信号，而实际工作是由通道（微处理器）自己的程序来完成的。
      
端口概念：接口当中的寄存器。


i/o与主机的联系：
1.  i/o设备编址方式

      ①统一编址： 在主存地址中划出一部分作为端口地址，这叫I/O映射(由硬件完成)。

                           优点可以简化指令集，用一个指令既可以与主存通信，也可以与i/o端口通信。

                           这种方式是通过划分地址的不同，来区分访问主存与I/O。


      ②不统一编址： x86架构，有专用的I/O指令，比如与主存通信是move，I/O通信是in，out。




2. i/o设备控制方式
    ①查询方式: 又分为传统查询（串行），cpu踏步等待。

                       轮询方式（局部并行），cpu以一定的周期按照次序去查询每一个外设，看它是否有数据输入或输出   。

           

          就好像我们在网上进行了购物，传统查询方式工作机制是：从付款开始后，我们就站在小区门口等待，一直到快递公司把货物送到手上，这个期间什么事情都不做。

          显然，传统查询太蠢，于是改进为轮询方式，工作机制是：从付款开始后，我们每隔一段时间（比如4小时），去小区门口查看一下，如果货物到了就拿取，没到的话继续回来做其他事情。

          比起传统查询，轮询方式的效率提高多了。

    ②中断方式： 局部并行

           

          中断方式比起轮询来说，又改进了一步，工作机制是：从付款开始后，我们正常做其他事情，快递公司会主动给我们打电话（中断信号），报告货物已到，接到电话后我们暂停当前的工作，去小区门口领取货物，然后回来接着做剩余的工作。

          显然，日常生活中，大部分人使用的就是中断方式。

     ③ dma方式：完全并行

          

          dma是中断方式的更好改进，工作机制是：我们命令秘书去网上购买商品，同时让秘书负责商品的收取，整个过程基本上不需要自己参与，可以完全专注于当前工作。

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无论是传统查询，轮询，以及中断，都需要cpu自己完成额外工作。
而dma彻底解放了cpu与I/O通信的额外负担。
dma方式下cpu让出了总线（地址总线，数据总线，控制总线），暂时由dma控制器来接管总线，控制器就能直接完成i/o设备与主存的数据交换。

如果恰好cpu此时需要访问主存，那它不得不暂停一个存储周期（不是指令周期），如果只需要访问寄存器或者cache，那cpu就不会有任何停顿。

其效率比较图如下：