计算机组成原理（7）输入输出系统 DMA 程序中断

信息交换

CPU管理外设有一下方式：

• 程序查询方式
• 程序中断方式
• 直接内存访问（DMA）方式
• 通道方式
• 外围处理机（PPU）方式
  
  这四种方法对应上述四种方式
• 程序查询
  数据在CPU与外设之间 全靠计算机控制
  浪费CPU
• 程序中断
  外围设备主动通知CPU。就是一致学习的中断请求
  比系统查询好，但是开销大
• DMA直接内存访问
  完全由硬件执行IO交换。DMA完全接管总线控制。数据交换不仅过CPU,直接在内存与外设之间。传输速度受内存访问时间限制，适用于内存与高速外围设备之间的大批次交换场景
• 通道
  CPU将权力下放给通道。通道时特殊的处理器，其中有应用称为输入输出处理器（IOP），实现对外围设备统一管理。提高CPU效率但是硬件代价增加。
• 外围处理机
  ppu时通道的进一步发展。ppu独立于主机工作，类似于微小的计算机。这种系统变成了分布式多机系统

程序查询与程序中断适合传输速率小的设备，单片机，微型计算机。而DMA，通道，ppu适用于传输速率高设备，大中型计算机中。

程序中断方式

中断PC就保存之前的信息，子程序就保护CPU现场。

DMA方式

完全由硬件执行，DMA控制器完全接管总线控制。数据不经过CPU,直接内存与外设访问

操作过程：

• 程序发送DMA请求
• CPU切换为DMA工作模式，DMA控制器接管总线
• DMA对内存操作
• 向CPU报告DMA的结束
  DMA方式 数据传送前，结束后的管理工作均有管理程序完成，DMA控制器仅负责数据传送工作

DMA与CPU分时使用内存的三种方式

• 停止CPU访问内存
  整个过程CPU放弃总线控制，交给DMA控制器。数据传输完毕后DMA通知CPU可是使用内存 。并把控制权交还CPU

• 周期挪用
  IO设备没有DMA请求，CPU按程序要求访问内存。一旦有了DMA请求，IO挪用内存周期。
  产生IO于CPU冲突后，IO优先，因为IO有访问时间要求

• DMA与CPU交替进行
  如果CPU工作周期比内存存取周期长很多，交替的方式可以提高DMA，CPU两者的效率