CPU与I/O设备之间的数据传送有哪几种方式？

Question

如题所述

Answer 1

CPU与I/O设备之间的数据传送方式主要包括查询控制方式、中断控制方式、DMA控制方式以及通道控制方式。查询控制方式下，CPU通过程序主动读取状态寄存器，了解接口情况并完成相应的数据操作。这种方式效率较低，因为查询操作需要在时钟周期较少的间隔内重复进行。

中断控制方式则允许程序在常规运行中，若外部有优先级更高的事件出现，通过中断请求通知CPU。CPU随后读取状态寄存器确定事件的种类，以便执行不同的分支处理。这种方式能提高CPU效率且具有良好的实时性。

DMA控制方式通过DMA控制器在内存和I/O设备之间直接进行数据传送，CPU仅在开始时将控制权暂时交予DMA控制器，直至数据传输完成。这种方式的传送速度比通过CPU快，尤其在批量传送数据时效率更高。

通道控制方式与DMA控制方式类似，但通道控制方式利用专门的通道总线完成数据传输，效率比DMA更高。

端口是设备与外界通讯交流的出口，分为虚拟端口和物理端口。虚拟端口存在于计算机内部或交换机、路由器中，不可见。物理端口则是可见的接口，如计算机背板的RJ45网口、交换机路由器集线器的RJ45端口，以及电话使用的RJ11插口。

根据I/O端口的编址方式，可以分为统一编址和独立编址。统一编址方式从存储器空间划出一部分地址空间给I/O设备，将I/O接口中的端口当作存储器单元进行访问，不设置专门的I/O指令，但这种方式端口占用了存储器地址空间，使存储器容量减小，指令长度较长，执行速度较慢。

独立编址方式使接口中的端口地址单独编址，不与存储空间合在一起。这种方式下，I/O端口地址不占用存储空间，使用专门的I/O指令进行操作，指令短执行速度快，程序层次清晰。然而，独立编址方式的指令较少，仅限于输入与输出功能。

CPU与I/O接口电路之间传送的信息包括数据信息、状态信息和控制信息。数据信息分为数字量、模拟量和开关量，状态信息是外设通过接口往CPU传送的信号，如“准备好”信号、“忙”信号等。控制信息则是CPU通过接口传送给外设的信号，如启动信号、停止信号等。

CPU与外设之间的数据交换必须通过接口完成。常见的I/O设备接口功能包括设置数据的寄存、缓冲逻辑，进行信息格式转换，协调CPU与外设在信息类型和电平上的差异，协调时序差异，地址译码和设备选择功能，以及设置中断和DMA控制逻辑。