一.程序查询方式

CPU和I/O设备串行工作，CPU连接I/O设备和内存，CPU需要等待，效率很低

（由CPU通过程序不断查询IO设备是否已经做好准备，从而控制IO设备与主机交换信息）

二.程序中断方式：

中断：CPU在执行程序的过程中，如果发生意外或特殊事件，cpu要中断当前程序的处理，转而去处理特殊事件，中断结束后要返回之前的断点，继续执行之前的程序。

CPU一定程度解放，在IO设备自身准备的时候，CPU可以先进行自己的工作（不需要主动查询外设的状态），当IO与主机进行信息交换的时候，CPU暂停自身程序，参与信息交换

 程序中断的步骤：

•收到中断请求信号

•执行完第K条指令（执行周期结束）后保存（要执行现场保存）

•跳转到中断服务程序

•执行中断服务程序，执行完中断程序后再去执行K+1条指令

单重中断：中断服务过程中不允许响应其他中断

多重中断：中断服务过程中可以响应更高优先级的中断，当遇到更高优先级中断时，此中断也被当作是一个普通的程序，转而去执行更高优先级的中断

补充：中断判优

当某一个时刻有多个中断源提出中断请求时，中断系统必须按照其优先顺序予以响应。

1.硬件故障中断属于最高级，其次是软件中断
2.非屏蔽中断优于可屏蔽中断
3.DMA请求优于I/O设备传送的中断请求
4.高速设备优于低速设备
5.输入设备优于输出设备
6.实时设备优于普通设备

可以通过硬件来实现：

硬件实现是通过硬件排队器实现的，它既可以设置在CPU中，也可以分散在各个中断源中

 设备1#，2#，3#，4#优先级按降序排列

INTR=1表示有请求。那么其他的中断不允许有请求，在同样的时间内，只有一个中断请求

可以通过软件实现：

利用程序查询的方式来控制中断源的优先级：

 如果有A请求，就进入A请求的中断服务程序，如果没有就跳到B的，即将优先级从高到低进行一次遍历和查询

三.DMA（Direct Memory Access）方式：直接内存访问

使外部设备和主存之间直接建立联系，不经过CPU，外部设备直接从内存存取数据的数据交换模式

DMA的工作过程可以分为请求，响应，传输，结束：

请求
CPU对DMA控制器初始化，并向I/O接口发出操作命令，I/O接口提出DMA请求。
响应
DMA控制器对DMA请求判别优先级及屏蔽，向总线裁决逻辑提出总线请求
传输
DMA控制器获得总线控制权后，CPU即刻挂起或只执行内部操作，由DMA控制器输出读写命令，直接控制RAM与I/O接口进行DMA传输。
结束
当完成规定的成批数据传送后，DMA控制器即释放总线控制权，并向I/O接口发出结束信号。

•外设通过DMA控制器向CPU发送DMA请求

•CPU响应DMA请求后，就会转变为DMA工作方式 

•CPU将总线的控制权交给DMA控制器

•DMA控制器发送存储器地址并且决定传送数据块的长度，实行I/O设备与主存之间的传送

•操作完毕后，将总线控制权交还给CPU，CPU再执行现行程序

DMA与主存交换数据的三种方式：
1.停止CPU访问主存：

 由图中可以看到，CPU对于主存的利用率没有充分发挥

2.周期挪用（或周期窃取）

DMA访问主存有三种可能
•CPU此时不访存:DMA可以访存，CPU继续执行不访存的指令

•CPU正在访存:DMA等待CPU访存
•CPU与DMA同时请求访存:此时CPU将总线控制权让给DMA

 3.DMA与CPU交替访问：(效率最高)
不需要申请建立和归还总线的使用权

 

对比程序中断方式和DMA方式：

•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方式则是以数据块为单位传输的，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，这样大大减少CPU进行中断处理的次数，并且CPU除了在数据传输开始和结束时做一点处理外，在传输过程中CPU可以进行其他的工作。这样，在大部分时间里，CPU和输入输出都处于并行操作。因此，使整个计算机系统的效率大大提高。

•中断方式，可以进行异常处理，处理步骤1.保存被中断的现场2.执行中断处理函数3.恢复现场

DMA不能处理异常情况，所以两者是不能相互替代的

•中断方式是程序切换，每次操作需要保护和恢复现场，中断次数多，CPU需要花较多的时间处理中断，中断次数多也会导致数据丢失。但是DMA是必须利用中断的，DMA是通过硬件实现的，否则CPU无法得到数据已经传输结束的信号,当数据传输结束的时候,DMA控制器给CPU一个中断信号，CPU进行响应.这个就大大的节约了CPU的资源。

•中断方式的数据传送方向是由设备到CPU再到内存，或者相反。
DMA方式的数据传送则是将所传输的数据由设备直接送入内存，或是由内存直接送到设备。

 •DMA的优先级比中断方式的优先级高