第五周课
【课题】输入/输出信息传送控制方式 【目标】
1.了解几种基本的输入输出信息传送控制方式 2.了解各种传送方式的原理
【重点】程序查询方式，程序中断方式 【难点】DMA方式，通道控制方式 【课时】2课时 【教学方法】 【内容与过程】
一．复习上节课内容并提问
计算机输入/输出接口的概念,组成和功能
二．输入/输出信息传送控制方式简介
主机和外设之间的信息传送控制方式，经历了由低级到高级、简单到复杂、由集中管理到各部分分散管理的发展过程。按其发展的先后次序和主机与外设并行工作的程度，可以分为以下四种
1. 程序查询方式：
程序查询方式是一种程序直接控制方式，这是主机和外设间进行信息交换的最简单方式，输入和输出完全是通过CPU执行程序来完成的。I/O传送数据还可分为同步方式和异步方式。
优点：结构简单，只需要少量的硬件电路即可。 缺点：
是由于CPU的速度远远高于外设，因此在查询中CPU通常处于等待状态，使系统效率大大降低。
CPU在一段时间内只能和一台外设交换信息，其他设备不能同时工作。
不能发现和处理预先无法估计的错误和异常情况。
2. 中断处理方式（程序中断方式）：主机启动外设后无需等待查询，而是继续执行原来的程序，外设在做好输入/输出准备时，向主机发中断请求，主机接到请求后就暂时中止原来执行的程序，转去执行中断服务程序——对外部请求进行处理，在中断处理完毕后返回原来的程序继续执行。适用于中、低速外设。
中断处理过程实际上是程序的切换过程，即从现行程序切换到中断服务程序，再从中断服务程序返回到现行程序。CPU每次执行中断服务程序前总要保护断点和保护现场，执行完中断服务程序返回现行程序之前又要恢复现场，恢复断点。
3. DMA方式：（直接存储器存取）
中断方式利用程序保护和恢复现场，再加上执行中断服务程序，占用主机时间过多，有时候不但CPU的工作效率很低，而且可能丢失数据。因此提出一种新的I/O控制方式——直接存储器访问方式，简称DMA方式，使得设备与存储器直接交换数据，不再经过CPU，不破坏CPU现场，也就不需要保护现场和恢复现场。
DMA控制器代行CPU部分职能，大大加速了数据传输过程，减少了CPU管理I/O的负担，提高了高速设备传送数据的可靠性。
两类DMA：一种是专用DMA，该方式速度高，另一种是通用DMA，几台设备共用该DMA控制器，提高了设备利用率，但数据传输速度上受影响。
DMA方式传送数据原理：
主机响应设备的DMA请求后，交出总线控制权，由DMA控制器代替CPU控制主存读写操作。DMA控制器主要包括交换数据的主存单元地址寄存器，设备地址寄存器，交换数据的缓冲寄存器，交换数据的字数计数器，控制和状态寄存器等。
DMA工作过程：
也就是说它不像前两种方式那样通过CPU执行程序，将外设的数据送入内存，或将内存的数据送到外设输出，而是直接（不通过CPU）由接口硬件控制系统总线与内存进行数据交换。
DMA方式是在主存和外设之间开辟直接的数据通路，可以进行基本上不需要CPU介入的主存和外设之间的信息传送，输入时由外设直接写入内存，输出时由内存传送至外设，这样不仅能保证CPU的高效率，而且能满足高速外设的需要。
这种方式只能进行简单的数据传送操作，在数据块传送的起始和结束时还需CPU及中断系统进行预处理和后处理
4. I/O通道控制方式 ：
在大型计算机系统中，所连接的I/O设备数量多，输入输出频繁，要求整体
的速度快，单纯依靠主CPU采取程序中断和DMA等控制方式已经不能满足要求，于是通道控制方式被引入计算机系统。
I/O通道控制方式是DMA方式的进一步发展，在系统中设有通道控制部件，每个通道挂若干外设，主机在执行I/O操作时，只需要启动有关通道，通道将执行通道程序，从而完成I/O操作。
通道是一个具有特殊功能的处理器，它能独立地执行通道程序，产生相应的控制信号，实现对外设的统一管理和外设与主存之间的数据传送，但它不是一个完全独立的处理器。他要在CPU的I/O指令指挥下才能启动，停止或改变工作状态，是从属于CPU的一个专用处理器。
一个通道执行输入/输出过程全部由通道按照通道程序自行处理，不论交换多少信息，只打扰CPU两次（启动和停止时）。因此，主机，外设和通道可以并行工作，而且一个通道可以控制多台不同类型的设备。
按照通道独立于主机的程度，可分为结合型通道和独立型通道两种类型。结合型通道结构简单，成本较低，功能较弱。独立型通道完全独立于主机对外设进行管理和控制，这种通道功能强，但设备成本高。
字节多路通道：简单的共享通道，用于连接与管理多台低速设备，以字节交叉方式传送信息。
选择通道：又称为高速通道，在物理上它也可以连接多个设备，但这些设备不能同时工作，在一段时间内通道只能选择一台设备进行数据传送，此时该设备可以独占整个通道。
数组多路通道：是把字节多路通道和选择通道的特点结合起来的一种通道结构。数组多路通道有多个子通道，既可以执行多路通道程序，即像字节多路通道一样，所有子通道分时共享总通道，又可以用选择通道那样的方式成组地传送数据，既具有多路并行操作的能力，又具有很高的数据的传输速率，使通道的效率充分得到发挥。
目前，小型，微型机大多采用程序查询方式，程序中断方式和DMA方式，大，中型机多采用通道方式。
【小结】程序查询方式，程序中断方式
DMA方式，通道控制方式
【作业】记忆理解四种输入/输出信息传送控制方式 【课后记】
本次课复习与巩固——晚自习内容 【课时】1课时 【内容与过程】
一 复习本次课知识点
二 提问并解答
三习题训练并讲解
1.实现输入/输出数据传送控制方式分为： _____,______,_____,______.
2.通道的类型包括________,________和_________.
3.主机、外设不能并行工作的方式是_________.
4.DMA方式是在___________之间建立直接的数据通路。
5.字节多路通路上可连接若干低速设备，其数据传送是以_______为单位进行的。
6.计算机直接存储器存取传送方式就是_______________.
7.主机与设备传送数据时，采用___________，主机与设备不能并行工作。
8.下述I/O控制方式中，___________主要由硬件实现。
9. 一个完整的DMA操作过程大致可分为3个阶段，分别是________,____ ______________,______________.
10._________ 和___________，具有输入及输出功能。
四 本课小结
