新聞中心

當前頁面: 首頁 >新聞中心 >新品速遞 >I/O控制器及控制方式,瞭解一下

I/O控制器及控制方式,瞭解一下

--什麼是I/O控制器

供稿:深圳市宇泰科技有限公司 2020/8/12 13:56:21
0 人氣:--

1、什麼是I/O控制器

由於CPU無法直接控制I/O設備的機械部件,因此I/O設備還要有個電子部件作為CPU和I/O設備機械部件之間的“中介”,用於實現CPU對設備的控制,這個電子部件就是I/O控制器,又稱為設備控制器。

I/O控制器是控制計算機輸入輸出的一個最基本的控制系統,可指揮計算機的各個部件按照指令的功能要求協調工作的部件。它由指令寄存器IR(InstructionRegister)、程序計數器PC(ProgramCounter)和操作控制器OC(OperationController)三個部件組成,對協調整個電腦有序工作極為重要。

I/O控制器及控制方式,瞭解一下

下面小編就從功能和控制方式兩個方面帶大家進一步瞭解I/O控制器,想學習的客户朋友就一起看下去吧,絕對乾貨哦!

2、I/O控制器的功能

● 接收設備CPU指令:CPU的讀寫指令和參數存儲在控制寄存器中

● 向CPU報告設備的狀態:I/O控制器中會有相應的狀態寄存器,用於記錄I/O設備的當前狀態。(比如1代表設備忙碌,0代表設備就緒)

● 數據交換:數據寄存器,暫存CPU發來的數據和設備發來的數據,之後將數據發給控制寄存器或CPU。

● 地址識別:類似於內存的地址,為了區分設備控制器中的各個寄存器,需要給各個寄存器設置一個特定的地址。I/O控制器通過CPU提供的地址來判斷CPU要讀寫的是哪個寄存器。

I/O控制器及控制方式,瞭解一下

這裏向大家簡單介紹常見的幾種I/O控制方式,包括程序直接控制方式、中斷驅動方式、DMA(直接存儲方式)、通道控制方式。

3、I/O控制方式

①程序直接控制方式

CPU向I/O模塊發出讀寫指令,CPU會從狀態寄存器中讀取I/O設備的狀態,如果是忙碌狀態就繼續輪詢檢查狀態,如果是已就緒,就代表I/O設備已經準備好,可以從中讀取數據到CPU寄存器中,讀到CPU後,CPU還要往存儲器(內存)中寫入數據,寫完後再執行下一套指令。

優點:實現簡單。在讀寫指令之後,加上實現輪詢檢查的一系列指令即可。

缺點:CPU和I/O設備只能串行化工作,CPU需要一直輪詢檢查,長期處於忙等狀態,CPU利用率很低。

I/O控制器及控制方式,瞭解一下

②中斷驅動方式

中斷驅動方式的思想是允許I/O設備主動打斷CPU的運行並請求服務,從而“解放”CPU,使得其向I/O控制器發送讀命令後可以繼續做其他有用的工作。I/O控制器從CPU接收一個讀命令,然後從外圍設備讀數據,一旦數據讀入到該I/O控制器的數據寄存器,便通過控制線給CPU發出一箇中斷信號,表示數據已準備好,然後等待CPU請求該數據。I/O控制器收到CPU發出的取數據請求後,將數據放到數據總線上,傳到CPU的寄存器中。至此,本次I/O操作完成,I/O控制器又可開始下一次I/O操作。這樣就使得CPU與I/O設備能夠並行工作。

優點:與程序直接控制方式相比,在中斷驅動方式中,I/O控制器會通過中斷信號主動報告I/O已完成,CPU不再需要不停的輪詢。CPU和I/O設備可並行工作,CPU利用率得到明顯提升。

缺點:由於數據中的每個字在存儲器與I/O控制器之間的傳輸都必須經過CPU,這就導致了中斷驅動方式仍然會消耗較多的CPU時間。

I/O控制器及控制方式,瞭解一下

DMA(直接存儲方式)

DMA方式的數據流向是從設備直接放入內存(設備→內存),或者是從內存直接到設備(內存→設備),不再使用CPU作為中間者。CPU在讀寫數據前要指明要讀入多少數據、數據要存放在內存中的什麼位置、數據放在外部磁盤的什麼位置等問題,然後DMA控制器會根據CPU提出的要求完成數據的讀寫操作。當整塊數據的傳輸完成後,才向CPU發出中斷信號。

I/O控制器及控制方式,瞭解一下

優點:數據傳輸效率以“塊”塊為單位,僅僅在傳送一個或多個數據塊的開始和結束時,才需要CPU的干預,CPU的介入性進一步降低。同時。CPU和I/O設備的並行性進一步提升。

缺點:CPU發出一條指令,只能讀或寫一個或多個連續的數據塊。如果讀寫的數據塊不是連續存放的而是離散的,那麼CPU要分別發出多條I/O指令,進行多次中斷處理才能完成。

④通道控制方式

通道是一種硬件,可以理解為“低配版的CPU”。通道與CPU相比的話,CPU能夠處理的指令種類比較多,而通道只能執行單一指令。使用這種控制方式,CPU干涉頻率極低,通道會根據CPU的指令執行響應程序,只有完成一組數據塊的讀寫後才需要發出中斷信號讓CPU干預。

優點:CPU、 通道、I/O設備可並行工作,資源利用率極高。

缺點:實現複雜,需要專門的通道硬件支持。

懵逼了的小夥伴快看這裏!貼心小編為你奉上總結表格,一目瞭然呢!

I/O控制器及控制方式,瞭解一下

審核編輯(王妍)
更多內容請訪問 深圳市宇泰科技有限公司(//c.gongkong.com/?cid=42345)

手機掃描二維碼分享本頁

工控網APP下載安裝

 

我來評價

評價:
一般