输入/输出技术

DMA

DMA控制器需要占用系统总线，以便将数据从外设传输到内存，或者从内存传输到外设(主存<->外设). 这个占用总线的过程就是一次总线周期

采用DMA方式传送数据时，每传送一个数据都需要占用一个（B）。

(A) 指令周期

(B) 总线周期

(C) 存储周期

(D) 机器周期

CPU是在（D）结束时响应DMA请求的。

(A) 一条指令执行

(B) 一段程序

(C) 一个时钟周期: 是处理操作的最基本单位。

(D) 一个总线周期: 也就是一个访存储器或I/O端口操作所用的时间。

计算机运行过程中，CPU需要与外设进行数据交换。采用（）控制技术时，CPU与外设可并行工作。

(A) 程序查询方式和中断方式

(B) 中断方式和DMA方式

(C) 程序查询方式和DMA方式

(D) 程序查询方式、中断方式和DMA方式

特点/方式	程序查询方式（轮询）	中断方式	DMA方式（直接存储器访问）
CPU角色	全程盯着外设，亲力亲为	外设需要时才打断 CPU，CPU帮忙搬数据	CPU只发起DMA请求，之后甩手不管
并行性	❌ 没有并行，CPU被绑死	✅ 有并行（CPU能干别的，偶尔被打断）	✅ 强并行（CPU和DMA几乎独立工作）
传输单位	一条指令一次	一次中断传输一个/少量数据	一次DMA传输一大块数据
速度	最慢	中等	最快
CPU是否保护现场	不涉及（CPU没被中断）	需要保存和恢复现场	一般不需要
适用场景	低速设备，小量数据	中等速率设备，少量/中等数据	高速设备，大量连续数据

CPU需要不断查询I/O是否完成，因此一直占用CPU。

与程序控制方式相比，中断方式因为CPU无需等待而提高了传输请求的响应速度。

DMA方式是为了在主存与外设之间实现高速、批量数据交换而设置的。DMA方式比程序控制方式与中断方式都高效。CPU只负责初始化，不参与具体传输过程。

以下关于中断方式与DMA方式的叙述中，正确的是（）

A 中断方式与DMA方式都可实现外设与CPU之间的并行工作

B 程序中断方式和DMA方式在数据传输过程中都不需要CPU的干预

C 采用DMA方式传输数据的速度比程序中断方式的速度慢

D 程序中断方式和DMA方式都不需要CPU保护现场

在计算机中，I/O系统可以有5种不同的工作方式，分别是程序控制方式、程序中断方式、DMA工作方式、通道方式、I/O处理机。

1、程序控制方式

分为无条件查询和程序查询方式。

① 无条件传送方式，I/O端口总是准备好接受主机的输出数据，或是总是准备好向主机输入数据，而cpu在需要时，随时直接利用I/O指令访问相应的I/O端口，实现与外设的数据交换。优点是软、硬件结构简单，缺点是对时序要求高，只适用于简单的I/O控制。

② 程序查询方式

程序查询方式也称为程序轮询方式，该方式采用用户程序直接控制主机与外部设备之间输入/输出操作。CPU必须不停地循环测试I/O设备的状态端口，当发现设备处于准备好(Ready)状态时，CPU就可以与I/O设备进行数据存取操作。这种方式下的CPU与I/O设备是串行工作的。

2、中断方式

当I/O设备结束(完成、特殊或异常)时，就会向CPU发出中断请求信号，CPU收到信号就可以采取相应措施。当某个进程要启动某个设备时，CPU就向相应的设备控制器发出一条设备I/O启动指令，然后CPU又返回做原来的工作。CPU与I/O设备可以并行工作，与程序查询方式相比，大大提高了CPU的利用率。

3、DMA(直接内存存取)方式

DMA方式也称为直接主存存取方式，其思想是：允许主存储器和I/O设备之间通过“DMA控制器(DMAC)”直接进行批量数据交换，除了在数据传输开始和结束时，整个过程无须CPU的干预。

4、通道控制方式

在一定的硬件基础上利用软件手段实现对I/O的控制和传送，更多地免去了cpu的接入，使主机和外设并行工作程度更高。

5、I/O处理机

指专门负责输入/输出的处理机。可以有独立的存储器、运算部件和指令控制部件。