程序直接控制

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1.CPU干预的频率
很频繁,I/O操作开始之前、完成之后需要CPU介入,并且在等待I/O完成的过程中CPU需要不断地轮询检查。

2.数据传送的单位
每次读/写一个字

3.数据的流向
读操作(数据输入):I/O设备→CPU（指的是CPU寄存器）→内存
写操作(数据输出):内存→CPU（指的是CPU寄存器）→I/O设备
每个字的读/写都需要CPU的帮助

4.主要缺点和主要优点
优点: 实现简单。在读/写指令之后,加上实现循环检查的系列指令即可(因此才称为“程序直接控制方式”)

缺点: CPU和I/O设备只能串行工作,CPU需要一直轮询检查长期处于“忙等”状态,CPU利用率低。

中断驱动方式

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引入中断机制。由于I/O设备速度很慢,因此在CPU发出读/写命令后,可将等待I/O的进程阻塞,先切换到别的进程执行。当I/O完成后,控制器会向CPU发出一个中断信号,CPU检测到中断信号后,会保存当前进程的运行环境信息,转去执行中断处理程序处理该中断。处理中断的过程中,CPU从I/O控制器读一个字的数据传送到CPU寄存器,再写入主存。接着,CPU恢复等待I/O的进程(或其他进程)的运行环境,然后继续执行。

①CPU会在每个指令周期的末尾检查中断
②中断处理过程中需要保存、恢复进程的运行环境,这个过程是需要一定时间开销的。可见,如果中断发生的频率太高,也会降低系统性能。

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DMA方式

与“中断驱动方式”相比,DMA方式( Direct Memory Access,直接存储器存取。主要用于块设备的I/O控制)有这样几个改进:

①数据的传送单位是“块”。不再是一个字、一个字的传送;
②数据的流向是从设备直接放入内存,或者从内存直接到设备。不再需要CPU作为“快递小哥
③仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时,才需要CPU干预。

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1.CPU干预的频率
仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时,才需要CPU干预。

2.数据传送的单位
每次读/写一个或多个块(注意:每次读写的只能是连续的多个块且这些块读入内存后在内存中也必须是连续的)

3.数据的流向(不再需要经过CPU)
读操作(数据输入):I/O设备→内存
写操作(数据输出):内存→I/O设备

4.主要缺点和主要优点
优点: 数据传输以“块”为单位,CPU介入频率进一步降低。数据的传输不再需要先经过CPU再写入内存,数据传输效率进一步增加。CPU和I/O设备的并行性得到提升。

缺点: CPU每发出一条I/O指令,只能读/写一个或多个连续的数据块。
如果要读/写多个离散存储的数据块,或者要将数据分别写到不同的内存区域时,CPU要分别发出多条I/O指令,进行多次中断处理才能完成。

DMA控制器

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通道控制方式

通道: 一种硬件,可以理解为是“弱鸡版的CPU（与CPU相比,通道可以执行的指令很单一,并且通道程序是放在主机内存中的,也就是说通道与CPU共享内存）”。通道可以识别并执行一系列通道指令
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1.CPU干预的频率
极低,通道会根据CPU的指示执行相应的通道程序,只有完成一组数据块的读/写后才需要发出中断信号,请求CPU干预。