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IO控制器
CPU无法直接控制I/O设备的机械部件，因此I/O设备还要有一个电子部件作为CPU和I/O设备机械部件之间的“中介”，用于实现CPU对设备的控制。
这个电子部件就是I/O控制器，又称设备控制器。CPU可控制I/O控制器，又由I/O控制器来控制设备的机械部件
IO控制器的功能
- 接受和识别CPU发出的命令
- 向CPU报告设备的状态
- 数据交换
- 地址识别
IO控制器的组成
①一个I/O控制器可能会对应多个设备；
②数据寄存器、控制寄存器、状态寄存器可能有多个（如：每个控制/状态寄存器对应一个具体的设备），且这些寄存器都要有相应的地址，才能方便CPU操作。有的计算机会让这些寄存器占用内存地址的一部分，称为内存映像I/O；另一些计算机则采用I/O专用地址，即寄存器独立编址。
IO控制方式
程序直接控制方式
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特点
- 轮询
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优点
- 实现简单，用软件就可以实现
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缺点
- CPU和IO只能串行工作，CPU利用率低
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数据传送单位
- 一个字
中断驱动方式
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特点
- CPU向IO控制器发出读命令之后，保存现场，去干别的事情
- IO控制器准备好数据放入自己的寄存器中，向CPU发出中断信号
- CPU干别的事情的时候在每个指令周期末尾检查中断
- CPU收到中断信号，保存当前的现场，去处理中断
- IO控制器寄存器内的数据放入总线传送给CPU中的寄存器
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优点
- CPU和外部设备部分并行工作
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缺点
- 在传送大量数据的时候，需要中断很多次，频繁的中断会带来很多开销
- 外设和内存之间的交流还是要经过CPU,还是速度不过
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数据传送单位
- 一个字
DMA方式/直接存储器存取
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特点
- 设备和内存直接交流，不经过CPU
- 仅在传送一个数据块开始和结束的时候需要CPU干预
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数据传送单位
- 一个或多个块（dna控制器和内存还是一次传一个字，但是传完整个块或多个块才请求CPU，所以对CPU来说，传送单位就是块）
- 每次只能是连续的多个块
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优点
- 进一步降低了CPU的干预
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缺点
- 离散的数据块无法一次读写
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DMA VS 中断驱动方式
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谁控制数据传送？
- 中断驱动方式是由CPU在中断处理时完成数据传送
- DMA方式是DMA控制器完成数据传送
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何时中断CPU?
- 中断驱动方式在每个字需要传送的时候都需要中断CPU
- DMA方式在传送一批数据的开始和结束才需要中断CPU
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通道控制方式
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特点
- 通道(硬件)是弱鸡版的CPU,专门负责输入输出的处理机
- 通道识别并执行一系列通道指令
- 通道程序(由一系列通道程序组成)=任务清单
- 一个通道可以控制多个IO控制器，一个IO控制器可以控制多个设备
- CPU干预非常低，在执行完通道程序才发起中断
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数据传送单位
- 一组连续或离散的数据块
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优点
- 并行工作，资源利用率很高
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缺点
- 需要专门硬件支持，实现复杂
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通道 VS 处理机
- 通道只能识别并执行通道指令
- 通道没有自己的内存，通道程序存放在主存中，与CPU共内存
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通道 VS DMA
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开始是否需要CPU干预？
- DMA方式需要CPU在数据传输开始之前控制传输的数据块大小，内存位置
- 通道直接由通道控制器处理
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控制几个设备？
- 一个DMA控制器控制一个IO设备
- 一个通道控制多个设备
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对比
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我去裁缝店做一批衣服
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程序直接控制方式
- 我每隔一段时间要去裁缝店里看看衣服做好没有
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中断驱动方式
- 裁缝做好一件衣服就给我打电话，告诉我可以去拿
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DMA
- 我请了一个单线秘书，告诉他拿到衣服之后放在哪里，裁缝每次做好一件衣服就交给我的秘书，秘书整理好100件衣服之后交给我
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通道
- 我在多个裁缝那定了货，秘书自己选择存衣服的位置，自己决定处理了多少件衣服之后交给我，并且要负责和多个裁缝沟通。
