软考高级:存储系统IO 数据传输方式:程序控制方式、程序中断方式、DMA 方式、通道方式、IO 处理机 AI 解读

news2024/11/15 21:32:53

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关于计算机中的IO数据传输方式,有几种不同的策略可以用来进行数据的传输和控制。我们分别讲解一下它们。

========== 生活化例子 ==========

假设你在一条生产线上工作,有几种方式可以处理不同的任务(如搬运、检查、修理产品):

  1. 程序控制方式:就像你亲自盯着每个产品,手动处理每个细节,时刻专注,不能分心。
  2. 程序中断方式:就像你可以干别的事,产品出现问题时会有人叫你回来处理。
  3. DMA方式:像是请了一个助手,能够替你完成产品的搬运工作,期间你可以专心干别的事。
  4. 通道方式:你雇了专门的团队负责不同的工作流程,他们自动处理产品,你只在需要的时候监督一下。
  5. IO处理机:你雇了一个经理,他能自己决策、管理整个生产线,而你完全不需要过问细节。

========== 概念讲解 ==========

  1. 程序控制方式(Programmed I/O):

    • 在这种方式下,CPU完全负责IO数据的传输。CPU要时刻监控外设状态,等待其准备好数据,一旦准备好就立即执行数据传输。
    • 这种方式会让CPU占用大量时间,效率较低,因为CPU在等待外设的过程中无法处理其他任务。
  2. 程序中断方式(Interrupt-Driven I/O):

    • 当外设准备好数据时,它会向CPU发送一个中断信号,告诉CPU可以开始传输数据了。
    • 这种方式的优势是,CPU可以在等待的同时处理其他任务,只有当外设需要时才会被打断。
  3. DMA方式(Direct Memory Access,直接存储器访问):

    • 这种方式下,数据传输的工作由一个叫做DMA控制器的专用硬件来完成。CPU只需要发出命令,之后DMA控制器便负责数据传输,CPU可以处理其他工作。
    • DMA的效率较高,特别适合大批量数据的传输。
  4. 通道方式(Channel I/O):

    • 这是更高级的一种方式,它提供了专门的“通道”来处理IO设备和内存之间的数据传输。通道可以独立于CPU工作,甚至可以同时处理多个IO设备。
    • 相比DMA,通道更加智能,能更好地协调多个设备间的传输任务。
  5. IO处理机(I/O Processor,IOP):

    • I/O处理机是一种专用的处理器,它独立于主CPU,专门负责IO操作的管理和执行。IO处理机能够自主执行复杂的IO任务,极大减轻了CPU的负担。
    • 这种方式通常用于大型计算机系统。

========== 简单记法 ==========

可以通过“控-断-帮-专-代”来快速记忆这些IO方式的特点:

  • :程序控制方式,CPU自己盯着干;
  • :程序中断方式,有事叫CPU;
  • :DMA方式,专人帮CPU干;
  • :通道方式,专队处理不同的任务;
  • :IO处理机,IO专员全面代理工作。

通过这种方式可以快速区分五种不同的IO传输模式。

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