操作系统IO方式

1.程序查询方式

 　　程序查询方式是一种程序直接控制方式，这是主机与外设间进行信息交换的最简单方式，输入和输出完全是通过CPU执行程序来完成的。一旦某一外设被选中并启动之后，主机将查询这个外设的某些状态位，看其是否准备就绪？若外设未准备就绪，主机将再次查询；若外设已准备就绪，则执行一次I/O操作。             这种方式控制简单，但外设和主机不能同时工作，各外设之间也不能同时工作，系统效率很低，因此，仅适用于外设的数目不多，对I/O处理的实时要求不那么高，CPU的操作任务比较单一，并不很忙的情况。

 

2.程序中断方式

       在主机启动外设后，无须等待查询，而是继续执行原来的程序，外设在做好输入输出准备时，向主机发中断请求，主机接到请求后就暂时中止原来执行的程序，转去执行中断服务程序对外部请求进行处理，在中断处理完毕后返回原来的程序继续执行。显然，程序中断不仅适用于外部设备的输入输出操作，也适用于对外界发生的随机事件的处理。             完成一次程序中断还需要许多辅助操作，主要适用于中、低速外设。

 

3.直接存储器存取（DMA）方式

　　DMA方式是在主存和外设之间开辟直接的数据通路，可以进行基本上不需要CPU介入的主存和外设之间的信息传送，这样不仅能保证CPU的高效率，而且能满足高速外设的需要。             DMA方式只能进行简单的数据传送操作，在数据块传送的起始和结束时还需CPU及中断系统进行预处理和后处理

 

一个设备接口试图通过总线直接向另一个设备发送数据(一般是大批量的数据)，它会先向CPU发送DMA请求信号。外设通过DMA的一种专门接口电路――DMA控制器（DMAC），向CPU提出接管总线控制权的总线请求，CPU收到该信号后，在当前的总线周期结束后，会按DMA信号的优先级和提出DMA请求的先后顺序响应DMA信号。CPU对某个设备接口响应DMA请求时，会让出总线控制权。于是在DMA控制器的管理下，外设和存储器直接进行数据交换，而不需CPU干预。数据传送完毕后，设备接口会向CPU发送DMA结束信号，交还总线控制权。

 

实现DMA传送的基本操作如下：

 

（1）外设可通过DMA控制器向CPU发出DMA请求：

 

（2）CPU响应DMA请求，系统转变为DMA工作方式，并把总线控制权交给DMA控制器；

 

（3）由DMA控制器发送存储器地址，并决定传送数据块的长度；

 

（4）执行DMA传送；

 

（5）DMA操作结束，并把总线控制权交还CPU。

 

4.  I/O通道控制方式

 

   　　 I/O通道控制方式是DMA方式的进一步发展，在系统中设有通道控制部件，每个通道挂若干外设，主机在执行I/O操作时，只需启动有关通道，通道将执行通道程序，从而完成I/O操作。             通道是一个具有特殊功能的处理器，它能独立地执行通道程序，产生相应的控制信号，实现对外设的统一管理和外设与主存之间的数据传送。但它不是一个完全独立的处理器。它要在CPU的I/O指令指挥下才能启动、停止或改变工作状态，是从属于CPU的一个专用处理器

 

一个通道执行输入输出过程全部由通道按照通道程序自行处理，不论交换信息多少，只打扰CPU两次（启动和停止时）。因此，主机、外设和通道可以并行同时工作，而且一个通道可以控制多台不同类型的设备。             目前，小型、微型机大多采用程序查询方式、程序中断方式和DMA方式；大、中型机多采用通道方式。

 

通道工作过程：

①在用户程序中使用访管指令进入管理程序，由CPU通过管理程序组织一个通道程序，并启动通道。             ②通道执行CPU为它组织的通道程序，完成指定的数据输入输出工作。             ③通道程序结束后向CPU发中断请求。CPU响应这个中断请求后，第二次进入操作系统，调用管理程序对中断请求进行处理。             这样，每完成一次输入输出工作，CPU只需要两次调用管理程序，大大减少了对用户程序的打扰。