文章目录
- 一、数据传输控制方式
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- [1、IO 设备数据传输](#1、IO 设备数据传输)
- 2、数据传输控制方式
- 二、程序直接控制方式 ( 重点考点 )
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- [1、无条件传送 和 程序查询方式](#1、无条件传送 和 程序查询方式)
- 2、程序查询方式
- [3、程序直接控制方式 的 优缺点](#3、程序直接控制方式 的 优缺点)
- 三、程序中断方式
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- [1、程序中断方式 流程](#1、程序中断方式 流程)
- [2、程序中断方式 优缺点](#2、程序中断方式 优缺点)
- [四、DMA 方式](#四、DMA 方式)
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- [1、DMA 简介](#1、DMA 简介)
- [2、DMA 无需 CPU 参与](#2、DMA 无需 CPU 参与)
- [3、DMA 工作流程](#3、DMA 工作流程)
- 五、数据传输控制方式示例
一、数据传输控制方式
1、IO 设备数据传输
I / O 输入输出 设备 与 计算机系统 进行交互 , 由以下要素组成 :
- IO 设备
- IO 接口
- IO 控制软件
IO 设备 通过 IO 接口 接入到 计算机系统中 , 当 IO 设备 产生输入 , 输入的数据传输到内存中 , 然后 由 CPU 处理这些数据 , 再产生输出信息 , 再将 输出信息 对应的数据 输出到 IO 设备中 ;
- 如 : 键盘 / 鼠标 操作产生输入数据 , 传输 键盘 / 鼠标 事件到内存中 , 然后 CPU 处理这些事件 , 产生结果输出到 屏幕中 ;
整个过程中 , IO 设备 需要 进行数据传输 , 在传输过程中需要进行 传输控制 ;
2、数据传输控制方式
IO 设备 的 数据传输控制方式 , 指的是在 数据 从一处 传输 到另一处 的过程中 , 所采用的 控制机制 和 控制方法 ;
常见的 数据传输控制方式 如下 : 效率从高到低进行排列 ;
- 程序直接控制方式 , 重点考点
- 中断控制方式 : 鼠标键盘 ;
- DMA ( 直接内存访问 ) 控制方式 : 移动硬盘 ;
- 通道控制方式
- IO 处理机方式
二、程序直接控制方式 ( 重点考点 )
1、无条件传送 和 程序查询方式
程序直接控制方式 , 分为以下两种情况 :
- 无条件传送 : 这是 最简单的数据传送方式 , 适用于那些总是处于准备好状态的外设 , 外设无条件地 随时接收 CPU 发来的输出数据 , 也能够 无条件地 随时向 CPU 提供需要输入的数据 ;
- 这种传输方式的前提是 外设始终处于准备好状态 , 在实际应用中受到很大的限制 ;
- 程序查询方式 : 又称为 轮询方式 , 在这种方式下 , CPU 需要不断查询外设的状态 , 判断外设是否准备好进行输入或输出操作 ;
2、程序查询方式
程序直接控制方式 中的 程序查询方式 , CPU 直接控制 内存 或 CPU 与 外围设备 之间的 数据传送 , CPU 会 不断地检测 设备控制器 的状态 , 确定 数据 是否 传输完毕 ,
- 如果传输完毕 , 则开始进行下一次的数据传输 ;
- 如果没有传输完毕 , 则继续等待 , CPU 继续进行重复检测 ;
3、程序直接控制方式 的 优缺点
程序直接控制方式 的 优缺点 :
- 优点 : 实现比较简单 , 成本低廉 ;
- 缺点 :
- 效率低 : CPU 与 外围设备 串行工作 , 在同一时间只能与一台外设通信 , 无法与多态设备并行通信 , 工作效率低下 ;
- 时效差 : 对于需要实时响应的外设 , CPU 需要等待大量时间 , 程序查询方式可能无法满足要求 ;
三、程序中断方式
1、程序中断方式 流程
程序中断方式 传输数据 , 当 外围设备 准备好数据 或 需要 CPU 处理时 , 向 CPU 发送中断信号 , CPU暂停当前任务 , 转而处理 中断服务程序 , 完成 数据传输 后再返回原任务 ;
数据传输 时 由于不需要 CPU 等待 , 提高了数据传输 的响应速度 ;
程序被中断后 , 断点位置的程序状态 , 会存放到 栈 中 , 这个过程称为 " 保护现场 " , 会增加额外的开销 ;
CPU 终止当前程序的执行 , 保护现场 后 , 需要 响应中断 , 查询 " 中断向量表 " , 通过对应的入口 , 找到中断程序 , 查询 是由什么原因导致的中断 , 然后处理对应的 IO 数据传输 ;
外设 IO 数据传输处理完毕后 , 需要 返回原来的 " 断点 " , 继续执行原来的程序 ;
程序中断方式 适用于 处理 情况紧急 必须 马上处理的特殊情况 ;
2、程序中断方式 优缺点
程序中断方式 优缺点 :
- 优点 : 支持 多个程序进程 和 外围设备 的 并行数据传输操作 , 提高了 CPU 的利用率 ;
- 缺点 :
- 每次 数据传输 都需要 向 CPU 发送中断信号 , 如果 中断次数 较多 , 会占用大量 CPU 时间 ;
- 外围设备 数量较大时 , 过多的 中断次数 导致 CPU 无法及时响应中断 , 出现 数据丢失 的情况 ;
四、DMA 方式
1、DMA 简介
DMA 全称为 " Direct Memory Access " , 直接内存访问 ;
DMA 由硬件执行 I/O 数据交换 , 核心在于 DMA 控制器 完全接管对总线的控制 , 数据交换直接在 内存 和 I/O 设备 之间进行 , 无需 CPU 参与 ;
2、DMA 无需 CPU 参与
DMA 直接内存访问控制方式 是 外设 与 内存 之间直接进行数据传输 , 无需 CPU 的干预 , DMA 可以实现 高速 批量 数据交换 , 数据传输 的基本单位是数据块 , 整个过程由 DMA 控制器控制 ;
DMA 方式中 , 不需要 CPU 参与 , CPU 的效率 比
- 程序中断方式
- 程序直接控制方式
都要高 ;
3、DMA 工作流程
DMA 工作流程 :
- 首先 , DMA 控制器 向 总线裁决 逻辑 , 提出 总线请求 ;
- 然后 , 等待 CPU 完成 当前的 总线周期 , 释放 总线控制权 ;
- 最后 , 响应 DMA , 通过 DMA 控制器 通知 IO 设备开始进行 数据传输 ;
五、数据传输控制方式示例
嵌入式系统 中 采用 中断方式 实现 输入输出 , 主要原因是 可以 对 突发事件 进行快速响应 ;
程序被中断后 , 程序的 断点数据 保存在 栈 内存 中 ;
中断方式 不是速度最快的方式 , 下面的顺序是从慢到快 , IO 处理机方式速度最快 ;
- 程序直接控制方式 , 重点考点
- 中断控制方式 : 鼠标键盘 ;
- DMA ( 直接内存访问 ) 控制方式 : 移动硬盘 ;
- 通道控制方式
- IO 处理机方式
除 程序直接控制方式 外 , CPU 均不参与 数据传输操作 ;
实现起来 最容易的是 程序直接控制方式 ;