2.4.1 考点精讲

1．数据传输控制方式

输入输出系统主要有 5 种方式与主机交换数据：程序控制方式、程序中断方式、DMA方式、通道方式、I/O处理机。

（1）程序控制方式：CPU直接利用I/O命令编程，实现数据的I/O。CPU发出I/O命令，命令中包含了外设的地址信息和所要执行的操作，相应的I/O系统执行该命令并设置状态寄存器；CPU不停地（定期地）查询I/O系统以确定该操作是否完成。由程序主动查询外设，完成主机与外设间的数据传送，方法简单，硬件开销小。

（2）程序中断方式：CPU利用中断方式完成数据的I/O，当I/O系统与外设交换数据时，CPU无须等待也不必去查询I/O的状态，当I/O系统完成了数据传输后则以中断信号通知CPU。CPU然后保存正在执行程序的现场，转入I/O中断服务程序完成与I/O系统的数据交换。然后返回原主程序继续执行。与程序控制方式相比，中断方式因为CPU无须等待而提高了效率。在系统中具有多个中断源的情况下，常用的处理方法有：多中断信号线法、中断软件查询法、雏菊链法、总线仲裁法和中断向量表法。

（3）DMA方式：使用DMA控制器（DMAC）来控制和管理数据传输。DMAC和CPU共享系统总线，并且具有独立访问存储器的能力。在进行DMA时，CPU放弃对系统总线的控制而由DMAC控制总线；由DMAC提供存储器地址及必需的读、写控制信号，实现外设与存储器之间进行数据交换。DMAC获取总线方式主要有 3 种，分别是暂停方式、周期窃取方式和共享方式。

（4）通道：通道是一种通过执行通道程序管理I/O操作的控制器，它使主机与I/O操作之间达到更高的并行程度。在具有通道处理机的系统中，当用户进程请求启动外设时，由操作系统根据I/O要求构造通道程序和通道状态字，将通道程序保存在主存中，并将通道程序的首地址放到通道地址字中，然后执行“启动I/O”指令。按照所采取的传送方式，可将通道分为字节多路通道、选择通道和数组多路通道 3 种。

（5）输入输出处理机（IOP）：也称为外围处理机（PPU），它是一个专用处理机，也可以是一个通用的处理机，具有丰富的指令系统和完善的中断系统，是专用于大型、高效的计算机系统处理外围设备的I/O，并利用共享存储器或其他共享手段与主机交换信息，从而使大型、高效的计算机系统更加高效地工作。与通道相比，IOP具有比较丰富的指令系统，结构接近于一般的处理机，有自己的局部存储器。

2．虚设备与SPOOLING技术

SPOOLING（Simultaneous Peripheral Operation On Line）的意思是外部设备联机并行操作，又称为假脱机输入输出操作，采用一组程序或进程模拟一台I/O处理器。SPOOLING系统的组成如图 2-11 所示。

该技术利用了专门的外围控制机将低速I/O设备上的数据传送到高速设备上，或者相反。但是当引入多道程序后，完全可以利用其中的一道程序来模拟脱机输入时的外围控制机的功能，把低速的I/O设备上的数据传送到高速磁盘上；再利用另一道程序来模拟脱机输出时的外围控制机的功能，把高速磁盘上的数据传送到低速的I/O设备上。这样便可以在主机的控制下实现脱机输入、输出的功能。此时的外围操作与CPU对数据的处理同时进行，我们将这种在联机情况下实现的同时外围操作称为SPOOLING，或称为假脱机操作。

采用假脱机技术，可以将低速的独占设备改造成一种可共享的设备，而且一台物理设备可以对应若干台虚拟的同类设备。SPOOLING系统必须有高速、大容量并且可随机存取的外存（如磁盘或磁鼓）支持。 m0/n95o+iICV21sI/DmV89TJXLAg/DIFr5CVay5+gDQf9DqArNgF1mNfIpKHTT78