操作系统-CPU与外设交互方式

文章目录

操作系统-CPU与外设交互方式
- 1. 查询方式
- 2. 无条件传输方式
- 3. 中断方式
- 4. 通道方式
- 5. DMA方式

1. 查询方式

查询方式是一种异步交互方式。
外设的接口处有Ready标志位，CPU想要和外设之间进行数据交互，就要先查询接口的标志位。
询问外设是否准备就绪，如果没有准备就绪，CPU一会儿再来访问；
如果外设准备就绪，进行数据传输。
特点：由程序发起IO请求，并且等待完成；交互必须通过CPU的参与。

2. 无条件传输方式

无条件传输方式是一种同步交互方式。
这种操作方式需要外设与CPU进行过完美的同步，
保证每次CPU来读的时候，外设的数据都已经准备好了。
每次CPU来写的时候，外设准备好了被写入数据。
主要用于：外设的时钟周期已知且稳定的场景。

3. 中断方式

当外设准备好发送数据或者接收数据的时候，向操作系统发出中断申请。
CPU放下手中的工作，保存上下文，进行中断响应。
中断响应结束以后，恢复上下文进行原来的工作。
特点：
在外设进行准备的过程中，CPU可以先不管外设，和外设并发的工作。
缺点：
如果IO交互太频繁，中断次数太频繁，CPU需要多次中断，耗费CPU资源

4. 通道方式

通道是一种用来控制内存和外设交互的专门部件。
通道有自己独立的指令系统，可以脱离CPU独立运行，也可以受控于CPU。
常用在大型计算机中。
特点：
IO能力强，以内存为中心，直接与外设进行数据交换，传输过程几乎不需要CPU参与

5. DMA方式

当前微机使用广泛的一种方式
DMA 全称 Direct Memory Access，直接内存访问
DMAC ：C表示Controller，直接内存访问控制器
核心原理：
CPU把总线控制权交给DMAC，进入DMA方式，完成数据传输之后，DMAC交还总线控制权。
特点：开始和结束的时候，向CPU交换总线控制权，数据传输过程不需要CPU介入
基本传输过程：

1. 外设有DMA需求并且准备就绪，就向DMAC发出请求信号
2. DMAC收到外设的请求信号之后，向CPU发出总线请求信号
3. CPU接到总线请求信号之后，如果允许DMA传输，则会在当前总线周期结束之后，发出DMA响应信号，让出总线控制权
4. DMAC获得对总线的控制权，向外设发出应答信号，通知外设可以进行传输
5. 进行数据传输
6. 传输完成之后，DMAC向CPU发出撤销总线控制权请求，CPU收到信号之后，收回总线控制权