Appearance
I/O控制方式
考情分析
四种 I/O 控制方式的对比是选择题高频考点，DMA 的工作原理尤其常考。🔥🔥🔥 高频核心。
CPU 速度是磁盘的十万倍——如果每次读写都让 CPU 干等，整台机器的性能就被最慢的设备拖垮了。
四种 I/O 控制方式的演进
I/O 控制方式的发展方向：减少 CPU 对 I/O 操作的干预，让 CPU 可以做更有价值的工作。
1. 程序直接控制方式（轮询/查询）
| 特点 | 说明 |
|---|---|
| CPU 参与 | CPU 全程忙等，不断查询状态 |
| 数据传输单位 | 字（一次一个字） |
| 优点 | 实现简单 |
| 缺点 | CPU 利用率极低（CPU 99% 时间在轮询） |
2. 中断驱动方式
| 特点 | 说明 |
|---|---|
| CPU 参与 | 发出命令后可做其他事，中断时才处理 I/O |
| 数据传输单位 | 字 |
| 优点 | CPU 利用率提高（不再忙等） |
| 缺点 | 每传一个字都要中断一次，频繁中断开销大 |
3. DMA 方式
DMA（Direct Memory Access，直接存储器存取）：由 DMA 控制器直接控制数据在内存和设备之间传输，不需要 CPU 逐字干预。DMA 就像你雇了个搬家工人——你只需说"把客厅的箱子搬到卡车上"，然后自己去做别的事，搬完他会通知你。
| 特点 | 说明 |
|---|---|
| CPU 参与 | 只在传输开始和结束时介入 |
| 数据传输单位 | 块 |
| 优点 | CPU 利用率高，适合高速设备 |
| 缺点 | 每次只能传一个连续的数据块到连续内存 |
DMA 控制器的组成
| 寄存器 | 功能 |
|---|---|
| 内存地址寄存器（MAR） | 数据在内存中的起始地址 |
| 数据计数器（DC） | 剩余要传输的字节数 |
| 数据缓冲寄存器（DR） | 暂存正在传输的数据 |
| 命令/状态寄存器 | 控制 DMA 操作 / 报告状态 |
4. 通道控制方式
通道是一个专用 I/O 处理器，可以执行通道程序（一组 I/O 指令），独立于 CPU 完成 I/O。
| 特点 | 说明 |
|---|---|
| CPU 参与 | 只需发出"启动通道"指令，通道自行完成 |
| 数据传输单位 | 一组块 |
| 优点 | 一次可完成多个数据块的传输，甚至涉及不连续内存 |
| 缺点 | 通道硬件昂贵 |
四种方式的对比
| 比较 | 程序直接控制 | 中断驱动 | DMA | 通道 |
|---|---|---|---|---|
| CPU 干预 | 全程干预 | 每个字中断 | 每个块中断 | 每组块中断 |
| 传输单位 | 字 | 字 | 块 | 一组块 |
| 数据流向 | 设备→CPU→内存 | 设备→CPU→内存 | 设备→内存 | 设备→内存 |
| CPU 利用率 | 最低 | 较低 | 较高 | 最高 |
| 响应速度 | 最快 | 较快 | 较慢 | 最慢 |
关键区分
程序直接控制和中断驱动方式，数据都要经过 CPU（设备→CPU 寄存器→内存）。DMA 和通道方式，数据直接在设备和内存之间传输，不经过 CPU。
DMA vs 中断驱动
| 比较 | 中断驱动 | DMA |
|---|---|---|
| CPU 介入频率 | 每个字中断一次 | 每个块中断一次 |
| 数据通路 | 设备→CPU→内存 | 设备→内存（不经 CPU） |
| 适用设备 | 低速设备 | 高速块设备（磁盘） |
考研高频考点
- 🔥🔥🔥 四种 I/O 控制方式的对比（CPU 干预程度/传输单位/数据流向）
- 🔥🔥🔥 DMA 方式中数据不经过 CPU 直接传到内存
- 🔥🔥🔥 中断驱动以字为单位，DMA 以块为单位
- 🔥🔥 DMA 控制器的组成（MAR/DC/DR）
- 🔥 通道是专用的 I/O 处理器
知道了 CPU 与设备之间怎么传数据，接下来该看这些控制逻辑在软件层面是怎么分层组织的——下一篇聊 I/O 软件层次结构。