計算機(jī)等級考試三級信息管理分章節(jié)考試要點

九、輸入與輸出系統(tǒng)
1.輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)展
輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)展大致分為五種方式，即程序控制的輸入輸出方式、中斷方式，DMA方式、輸入/輸出通道方式和I/O處理機(jī)等五種方式。
程序查詢方式和程序中斷方式適用于數(shù)據(jù)傳輸率比較低的外部設(shè)備。而DMA方式、通道方式和I/O處理機(jī)方式適用于數(shù)據(jù)傳輸率比較高的設(shè)備。目前，小型機(jī)和微型機(jī)大都采用程序查詢方式、程序中斷方式和DMA方式。通道方式、I/O處理機(jī)方式大都用在中、大型計算機(jī)中。為了介紹方便，我們把通道方式和I/O處理機(jī)方式視為一種方式。
2.程序查詢方式
程序查詢方式又叫程序控制I/O方式。在這種方式中，數(shù)據(jù)在CPU和外部設(shè)備之間的傳送完全靠計算機(jī)程序控制，是在CPU主動控制下進(jìn)行的，當(dāng)輸入/輸出時，CPU暫停執(zhí)行主程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行輸入/輸出的服務(wù)程序，根據(jù)服務(wù)程序中的I/O指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。
這是一種最簡單、最經(jīng)濟(jì)的輸入/輸出方式。它只需很少的硬件，因此幾乎所有的機(jī)器都具有程序查詢方式。特別是在微、小型機(jī)中，常用程序查詢方式來實現(xiàn)低速設(shè)備的輸入輸出管理。
3.程序中斷方式
“中斷”概念的提出，是計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一個重大變革。在程序中斷方式中，某一外設(shè)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒后，它“主動”向CPU發(fā)請求中斷的信號，請求CPU暫時中斷目前的工作而進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。當(dāng)CPU響應(yīng)這個中斷時，便暫停運行主程序，并自動轉(zhuǎn)移到該設(shè)備的中斷服務(wù)程序。當(dāng)中斷服務(wù)程序結(jié)束以后，CPU又回到原來的主程序。其原理和調(diào)用子程序相仿，不過，這里要求轉(zhuǎn)移到中斷服務(wù)子程序的請求是由外部設(shè)備發(fā)出的。中斷方式特別適合于隨機(jī)出現(xiàn)的服務(wù)。
4.DMA方式
（1）DMA方式的基本概念
直接訪問內(nèi)存DMA方式，是一種完全由硬件執(zhí)行I/O交換的工作方式。在這種方式中，DMA控制器從CPU中完全接管對總線的控制，數(shù)據(jù)交換不經(jīng)過CPU，而直接在內(nèi)存儲器和I/O設(shè)備之間進(jìn)行。DMA方式一般用于高速地傳送成組的數(shù)據(jù)。DMA控制器將向內(nèi)存發(fā)出地址和控制信號、修改地址、對傳送的字的個數(shù)計數(shù)，并且以中斷方式向CPU報告?zhèn)魉筒僮鞯慕Y(jié)束。DMA方式的主要優(yōu)點是速度快。由于CPU根本不參加傳送操作，因此就省去了CPU取指令、取數(shù)、送數(shù)等操作。在數(shù)據(jù)傳送過程中，也不象中斷方式那樣，要進(jìn)行保存現(xiàn)場、恢復(fù)現(xiàn)場之類的工作。內(nèi)存地址修改、傳送字個數(shù)的計數(shù)等，也不是由軟件實現(xiàn)，而是用硬件線路直接實現(xiàn)的。DMA的種類很多，但各種DMA至少能執(zhí)行以下一些基本操作:①從外部設(shè)備發(fā)出DMA請求;
②CPU響應(yīng)請求，把CPU工作改成DMA操作方式，DMA控制器從CPU接管總線的控制;③由DMA控制器對內(nèi)存尋址，即決定數(shù)據(jù)傳送的內(nèi)存單元首地址及數(shù)據(jù)傳送個數(shù)的計數(shù)，并執(zhí)行數(shù)據(jù)傳送的操作;
④向CPU報告DMA操作的結(jié)束。
（2）DMA技術(shù)的出現(xiàn)，使得外部設(shè)備可以通過DMA控制器直接訪問內(nèi)存，與此同時，CPU可以繼續(xù)執(zhí)行程序。那么DMA控制器與CPU怎樣分時使用內(nèi)存呢?通常采用以下三種方法:①停止CPU訪問;②周期挪用;
③DMA與CPU交替訪問。
（3）基本的DMA控制器
一個DMA控制器實際上是采用DMA方式的外部設(shè)備與系統(tǒng)總線之間的接口電路。這個接口電路是在中斷接口的基礎(chǔ)上再加DMA機(jī)構(gòu)組成。習(xí)慣上將DMA方式的接口電路稱為DMA控制器。①內(nèi)存地址計數(shù)器
用于存放內(nèi)存中要交換的數(shù)據(jù)地址。在DMA傳送前，需通過程序?qū)��?shù)據(jù)在內(nèi)存中的起始位置（首地址）送到內(nèi)存地址計數(shù)器。而當(dāng)DMA傳送時，每交換一次數(shù)據(jù)，將地址計數(shù)器加“1”，從而以增量方式給出內(nèi)存中要交換的一批數(shù)據(jù)的地址。②字計數(shù)器
用于記錄傳送數(shù)據(jù)塊的長度（多少字?jǐn)?shù)）。其內(nèi)容也是在數(shù)據(jù)傳送之前由程序預(yù)置，交換的字?jǐn)?shù)通常以補(bǔ)碼形式表示。在DMA傳送時，每傳送一個字，字計數(shù)器就加“1”，當(dāng)計數(shù)器溢出即最高位產(chǎn)生進(jìn)位時，表示這批數(shù)據(jù)傳送完畢，于是引起DMA控制器向CPU發(fā)出中斷信號。③數(shù)據(jù)緩沖寄存器