CPU與I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送有哪幾種方式? cpu與io端口之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞接心膸追N
一、CPU與I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送方式及特點(diǎn):
1、查詢控制方式:
CPU通過(guò)程序主動(dòng)讀取狀態(tài)寄存器以了解接口情況,并完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)操作。查詢操作需要在時(shí)鐘周期較少的間隔內(nèi)重復(fù)進(jìn)行,因而CPU效率低。
2、中斷控制方式:
當(dāng)程序常規(guī)運(yùn)行中,若外部有優(yōu)先級(jí)更高的事件出現(xiàn),則通過(guò)中斷請(qǐng)求通知CPU,CPU再讀取狀態(tài)寄存器確定事件的種類,以便執(zhí)行不同的分支處理。這種方式CPU效率高且實(shí)時(shí)性好。
3、DMA(Direct Memory Access)控制方式:
顧名思義,直接內(nèi)存存取即數(shù)據(jù)傳送的具體過(guò)程直接由硬件(DMA控制器)在內(nèi)存和IO之間完成,CPU只在開(kāi)始時(shí)將控制權(quán)暫時(shí)交予DMA,直到數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。這種方式傳送速度比通過(guò)CPU快,尤其是在批量傳送時(shí)效率很高。
4、通道控制方式:
基本方法同上述的DMA控制方式,只是DMA通過(guò)DMA控制器完成,通道控制方式有專門(mén)通訊傳輸?shù)耐ǖ揽偩€完成。效率比DMA更高。
二、端口介紹:
"端口"是英文port的意譯,可以認(rèn)為是設(shè)備與外界通訊交流的出口。端口可分為虛擬端口和物理端口,其中虛擬端口指計(jì)算機(jī)內(nèi)部或交換機(jī)路由器內(nèi)的端口,不可見(jiàn)。例如計(jì)算機(jī)中的80端口、21端口、23端口等。
物理端口又稱為接口,是可見(jiàn)端口,計(jì)算機(jī)背板的RJ45網(wǎng)口,交換機(jī)路由器集線器等RJ45端口。電話使用RJ11插口也屬于物理端口的范疇。
三、I/O端口的編址方式及特點(diǎn):
1、統(tǒng)一編址方式
統(tǒng)一編址方式是從存儲(chǔ)器空間劃出一部分地址空間給I/O設(shè)備,把I/O接口中的端口當(dāng)作存儲(chǔ)器單元一樣進(jìn)行訪問(wèn),不設(shè)置專門(mén)的I/O指令,有一部分對(duì)存儲(chǔ)器使用的指令也可用于端口。
統(tǒng)一編址優(yōu)點(diǎn)是指令類型多、功能齊全,不僅使訪問(wèn)I/O端口可實(shí)現(xiàn)輸入/輸出操作而且可對(duì)端口進(jìn)行算數(shù)邏輯運(yùn)算、移位等;另外能給端口較大的編址空間。缺點(diǎn)是端口占用了存儲(chǔ)器的地址空間,使存儲(chǔ)器容量減小,另外指令長(zhǎng)度比專門(mén)I/O指令長(zhǎng),因而執(zhí)行速度較慢。
2、獨(dú)立編址方式
獨(dú)立編址方式使接口中的端口地址單獨(dú)編址而不和存儲(chǔ)空間合在一起。
獨(dú)立編址方式的優(yōu)點(diǎn)是I/O端口地址不占用存儲(chǔ)空間;使用專門(mén)的I/O指令對(duì)端口進(jìn)行操作,I/O指令短執(zhí)行速度快;并且由于專門(mén)I/O指令與存儲(chǔ)器訪問(wèn)指令有明顯的區(qū)別,使程序中I/O操作合存儲(chǔ)器操作層次清晰,程序的可讀性強(qiáng)。
缺點(diǎn)是指令少,只有輸入與輸出功能。是從存儲(chǔ)器空間劃出一部分地址空間給I/O設(shè)備,把I/O接口中的端口當(dāng)作存儲(chǔ)器單元一樣進(jìn)行訪問(wèn),不設(shè)置專門(mén)的I/O指令,有一部分對(duì)存儲(chǔ)器使用的指令也可用于端口。
四、CPU 與I/O接口電路之間傳送的信息與表示的含義:
CPU 與I/O接口電路之間傳送的信息有數(shù)據(jù)信息,包括三種形式:數(shù)字量、模擬量 、開(kāi)關(guān)量。
狀態(tài)信息是外設(shè)通過(guò)接口往 CPU 傳送的,如:“準(zhǔn)備好” (READY) 信號(hào)、“忙”( BUSY )信號(hào)。控制信息 是CPU通過(guò)接口傳送給外設(shè)的,如:外設(shè)的啟動(dòng)信號(hào)、停止信號(hào)就是常見(jiàn)的控制信息。
擴(kuò)展資料:
CPU與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)交換必須通過(guò)接口來(lái)完成,通常I/O設(shè)備接口有以下一些功能:
(1)設(shè)置數(shù)據(jù)的寄存、緩沖邏輯,以適應(yīng)CPU與外設(shè)之間的速度差異,接口通常由一些寄存器或RAM芯片組成,如果芯片足夠大還可以實(shí)現(xiàn)批量數(shù)據(jù)的傳輸;
(2)能夠進(jìn)行信息格式的轉(zhuǎn)換,例如串行和并行的轉(zhuǎn)換;
(3)能夠協(xié)調(diào)CPU和外設(shè)兩者在信息的類型和電平的差異,如電平轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)器、數(shù)/模或模/數(shù)轉(zhuǎn)換器等;
(4)協(xié)調(diào)時(shí)序差異;
(5)地址譯碼和設(shè)備選擇功能;
(6)設(shè)置中斷和DMA控制邏輯,以保證在中斷和DMA允許的情況下產(chǎn)生中斷和DMA請(qǐng)求信號(hào),并在接受到中斷和DMA應(yīng)答之后完成中斷處理和DMA傳輸。
參考資料來(lái)源:百度百科-I/O端口
百度百科-通行方式
百度百科-端口
百度百科-統(tǒng)一編址
百度百科-獨(dú)立編址
CPU與I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送有四種方式:
查詢控制方式:
CPU通過(guò)程序主動(dòng)讀取狀態(tài)寄存器以了解接口情況,并完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)操作。查詢操作需要在時(shí)鐘周期較少的間隔內(nèi)重復(fù)進(jìn)行,因而CPU效率低。
2.中斷控制方式:
當(dāng)程序常規(guī)運(yùn)行中,若外部有優(yōu)先級(jí)更高的事件出現(xiàn),則通過(guò)中斷請(qǐng)求通知CPU,CPU再讀取狀態(tài)寄存器確定事件的種類,以便執(zhí)行不同的分支處理。這種方式CPU效率高且實(shí)時(shí)性好。
3.DMA(Direct Memory Access)控制方式:
顧名思義,直接內(nèi)存存取即數(shù)據(jù)傳送的具體過(guò)程直接由硬件(DMA控制器)在內(nèi)存和IO之間完成,CPU只在開(kāi)始時(shí)將控制權(quán)暫時(shí)交予DMA,直到數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。這種方式傳送速度比通過(guò)CPU快,尤其是在批量傳送時(shí)效率很高。
4.通道控制方式:
基本方法同上述的DMA控制方式,只是DMA通過(guò)DMA控制器完成,通道控制方式有專門(mén)通訊傳輸?shù)耐ǖ揽偩€完成。效率比DMA更高。
拓展資料:
中央處理器(CPU,英語(yǔ):Central Processing Unit / Processor),是電子計(jì)算機(jī)的主要設(shè)備之一,電腦中的核心配件。其功能主要是解釋計(jì)算機(jī)指令以及處理計(jì)算機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)。電腦中所有操作都由CPU負(fù)責(zé)讀取指令,對(duì)指令譯碼并執(zhí)行指令的核心部件。
CPU與IO設(shè)備間數(shù)據(jù)傳輸主要有四種方式:
查詢控制方式:
CPU通過(guò)程序主動(dòng)讀取狀態(tài)寄存器以了解接口情況,并完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)操作。查詢操作需要在時(shí)鐘周期較少的間隔內(nèi)重復(fù)進(jìn)行,因而CPU效率低。
中斷控制方式:
當(dāng)程序常規(guī)運(yùn)行中,若外部有優(yōu)先級(jí)更高的事件出現(xiàn),則通過(guò)中斷請(qǐng)求通知CPU,CPU再讀取狀態(tài)寄存器確定事件的種類,以便執(zhí)行不同的分支處理。這種方式CPU效率高且實(shí)時(shí)性好。
DMA(Direct Memory Access)控制方式:
顧名思義,直接內(nèi)存存取即數(shù)據(jù)傳送的具體過(guò)程直接由硬件(DMA控制器)在內(nèi)存和IO之間完成,CPU只在開(kāi)始時(shí)將控制權(quán)暫時(shí)交予DMA,直到數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。這種方式傳送速度比通過(guò)CPU快,尤其是在批量傳送時(shí)效率很高。
通道控制方式:
基本方法同上述的DMA控制方式,只是DMA通過(guò)DMA控制器完成,通道控制方式有專門(mén)通訊傳輸?shù)耐ǖ揽偩€完成。效率比DMA更高。
1、程序查詢方式2、程序中斷3、直接內(nèi)存訪問(wèn)4、通道方式5、外圍處理機(jī)方式
數(shù)據(jù)傳送控制方式有程序直接控制方式、中斷控制方式、DMA方式和通道方式4種。
程序直接控制方式就是由用戶進(jìn)程來(lái)直接控制內(nèi)存或CPU和外圍設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送。它的優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單,也不需要多少硬件支持。它的缺點(diǎn)是CPU和外圍設(shè)備只能串行工作;設(shè)備之間只能串行工作,無(wú)法發(fā)現(xiàn)和處理由于設(shè)備或其他硬件所產(chǎn)生的錯(cuò)誤。
中斷控制方式是利用向CPU發(fā)送中斷的方式控制外圍設(shè)備和CPU之間的數(shù)據(jù)傳送。它的優(yōu)點(diǎn)是大大提高了CPU的利用率且能支持多道程序和設(shè)備的并行操作。它的缺點(diǎn)是由于數(shù)據(jù)緩沖寄存器比較小,如果中斷次數(shù)較多,仍然占用了大量CPU時(shí)間;在外圍設(shè)備較多時(shí),由于中斷次數(shù)的急劇增加,可能造成CPU無(wú)法響應(yīng)中斷而出現(xiàn)中斷丟失的現(xiàn)象;如果外圍設(shè)備速度比較快,可能會(huì)出現(xiàn) CPU來(lái)不及從數(shù)據(jù)緩沖寄存器中取走數(shù)據(jù)而丟失數(shù)據(jù)的情況。
DMA方式是在外圍設(shè)備和內(nèi)存之間開(kāi)辟直接的數(shù)據(jù)交換通路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。它的優(yōu)點(diǎn)是除了在數(shù)據(jù)塊傳送開(kāi)始時(shí)需要CPU的啟動(dòng)指令,在整個(gè)數(shù)據(jù)塊傳送結(jié)束時(shí)需要發(fā)中斷通知CPU進(jìn)行中斷 處理之外,不需要CPU的頻繁干涉。它的缺點(diǎn)是在外圍設(shè)備越來(lái)越多的情況下,多個(gè)DMA控制 器的同時(shí)使用,會(huì)引起內(nèi)存地址的沖突并使得控制過(guò)程進(jìn)一步復(fù)雜化。
通道方式是使用通道來(lái)控制內(nèi)存或CPU和外圍設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送。通道是一個(gè)獨(dú)立與CPU的專管 輸入/輸出控制的機(jī)構(gòu),它控制設(shè)備與內(nèi)存直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。它有自己的通道指令,這些指令受CPU啟動(dòng),并在操作結(jié)束時(shí)向CPU發(fā)中斷信號(hào)。該方式的優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)一步減輕了CPU的工作負(fù)擔(dān),增加了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的并行工作程度。缺點(diǎn)是增加了額外的硬件,造價(jià)昂貴 .
端口是接口電路中能被CPU直接訪問(wèn)的寄存器的地址。
I/O端口的編址方式可以分為統(tǒng)一編址與獨(dú)立編址兩種。
統(tǒng)一編址方式是從存儲(chǔ)器空間劃出一部分地址空間給I/O設(shè)備,把I/O接口中的端口當(dāng)作存儲(chǔ)器單元一樣進(jìn)行訪問(wèn),不設(shè)置專門(mén)的I/O指令,有一部分對(duì)存儲(chǔ)器使用的指令也可用于端口。
統(tǒng)一編址的情況是:優(yōu)點(diǎn):指令類型多、功能齊全,不僅使訪問(wèn)I/O端口可實(shí)現(xiàn)輸入/輸出操作而且可對(duì)端口進(jìn)行算數(shù)邏輯運(yùn)算、移位等;另外能給端口較大的編址空間。缺點(diǎn):端口占用了存儲(chǔ)器的地址空間,使存儲(chǔ)器容量減小,另外指令長(zhǎng)度比專門(mén)I/O指令長(zhǎng),因而執(zhí)行速度較慢。
獨(dú)立編址使接口中的端口地址單獨(dú)編址而不和存儲(chǔ)空間合在一起。
獨(dú)立編址的特點(diǎn)是:優(yōu)點(diǎn):I/O端口地址不占用存儲(chǔ)空間;使用專門(mén)的I/O指令對(duì)端口進(jìn)行操作,I/O指令短執(zhí)行速度快;并且由于專門(mén)I/O指令與存儲(chǔ)器訪問(wèn)指令有明顯的區(qū)別,使程序中I/O操作合存儲(chǔ)器操作層次清晰,程序的可讀性強(qiáng)。缺點(diǎn):指令少,只有輸入與輸出功能。
CPU 與I/O接口電路之間傳送的信息有
數(shù)據(jù)信息 包括三種形式:數(shù)字量、模擬量 、開(kāi)關(guān)量
狀態(tài)信息 是外設(shè)通過(guò)接口往 CPU 傳送的
如:“準(zhǔn)備好” (READY) 信號(hào)、“忙”( BUSY )信號(hào)
控制信息 是 CPU 通過(guò)接口傳送給外設(shè)的
如:外設(shè)的啟動(dòng)信號(hào)、停止信號(hào)就是常見(jiàn)的控制信息
有四種方式:
1、查詢控制方式:
CPU通過(guò)程序主動(dòng)讀取狀態(tài)寄存器以了解接口情況,并完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)操作。查詢操作需要在時(shí)鐘周期較少的間隔內(nèi)重復(fù)進(jìn)行,因而CPU效率低。
2、中斷控制方式:
當(dāng)程序常規(guī)運(yùn)行中,若外部有優(yōu)先級(jí)更高的事件出現(xiàn),則通過(guò)中斷請(qǐng)求通知CPU,CPU再讀取狀態(tài)寄存器確定事件的種類,以便執(zhí)行不同的分支處理。這種方式CPU效率高且實(shí)時(shí)性好。
3、DMA(Direct Memory Access)控制方式:
顧名思義,直接內(nèi)存存取即數(shù)據(jù)傳送的具體過(guò)程直接由硬件(DMA控制器)在內(nèi)存和IO之間完成,CPU只在開(kāi)始時(shí)將控制權(quán)暫時(shí)交予DMA,直到數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。這種方式傳送速度比通過(guò)CPU快,尤其是在批量傳送時(shí)效率很高。
4、通道控制方式:
基本方法同上述的DMA控制方式,只是DMA通過(guò)DMA控制器完成,通道控制方式有專門(mén)通訊傳輸?shù)耐ǖ揽偩€完成。效率比DMA更高。
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