I/O 方式之程序查询方式

程序查询方式是由 CPU 通过程序不断查询 I/O 设备是否已做好准备，从而控制 I/O 设备与主机交换信息。

程序查询方式：CPU与设备串行工作，传送与主程序串行工作

程序查询基本流程

采用这种方式实现主机和 I/O 设备交换信息，要求 I/O 接口内设置一个 状态标记，用来反映 I/O 设备是否准备就绪。CPU 通过检测这个标记，就可以了解 I/O 设备的准备情况。

当 I/O 设备较多时，CPU 就需要按 I/O 设备在系统中的 优先级 进行逐级查询。

为了完成这个查询的流程，CPU 通常需要执行以下 3 条指令：

• 测试指令：用来查询 I/O 设备是否准备就绪；
• 传送指令：当 I/O 设备准备就绪时，执行数据的传送指令；
• 转移指令：如果 I/O 设备未准备就绪，应执行转移指令；转至测试指令，继续测试 I/O 设备的状态。

CPU和I/O设备串行工作，CPU连接I/O设备和内存，CPU需要等待，效率很低

（由CPU通过程序不断查询IO设备是否已经做好准备，从而控制IO设备与主机交换信息）

当执行一段程序，需要启动某个 I/O 设备进行数据交互时，就把查询流程插入到运行的程序中。具体的查询流程如下：

① 这种方式传送数据时要占用 CPU 中的寄存器，所以首先要将寄存器原内容保护起来；

② 传送的往往是一批数据，所以需要设置 I/O 设备与主机交换数据的计数值，用来控制数据量；

③ 设置要传送的数据在主存缓冲区的首地址；

④ CPU 启动 I/O 设备；

⑤ 将 I/O 接口中的设备状态标志取至 CPU 并测试 I/O 设备是否准备就绪。如果未准备就绪，则等待，直到准备就绪为止；当准备就绪时，接着可实现传送。

对输入而言，准备就绪意味着接口电路中的数据缓冲寄存器已装满欲传送的数据，称为 输入缓冲满，CPU 可以取走数据；对输出而言，准备就绪意味着接口电路中的数据已被设备取走，称为 输出缓冲空，这样 CPU 可以再次将数据送到接口，设备则可以再次从接口接收数据。

⑥ CPU 执行 I/O 指令，从 I/O 接口的数据缓冲寄存器中读出一个数据（输入），或者把一个数据写入 I/O 接口中的数据缓冲寄存器内（输出），同时将接口中的状态标志复位；

⑦ 修改主存地址；

⑧ 修改计数值，若原设置计数值为原码，则依次减 1；若原设置计数值为负数的补码，则依次加 1；

⑨ 判断计数值。若计数值不为 0，表示一批数据尚未传送完，重新启动外设继续传送；若计数值为 0，则表示一批数据已传送完毕；

⑩ 结束 I/O 传送，继续执行原程序。

只要一启动 I/O 设备，CPU 就不断地查询 I/O 设备的准备情况，这就会暂停原程序的执行。当 I/O 设备准备就绪后，就将数据逐个传送；直到数据全部传送结束，CPU 才重新回到原程序继续执行。

所以在程序查询方式下，CPU 和 I/O 设备是串行工作的，效率不高。

接口工作过程

以输入设备为例，数据应该从 I/O 设备传送至主机。I/O 接口的具体工作过程为：

1. 启动输入设备：CPU通过执行一个I/O指令来启动输入设备。这个指令包含了设备码，用于通过地址线（设备选择线）选择特定的设备。
2. 设备选择：设备选择电路比较接口的设备码和地址线上的信号。如果它们匹配，设备被选中，并输出一个有效的SEL信号。
3. 触发器状态改变：I/O指令中的启动命令会通过逻辑门电路（如与非门）改变触发器的状态。具体来说，触发器D被置0（复位），表示上一个操作已经完成；工作触发器B被置1（置位），表示设备可以开始新的操作。
4. 设备启动：工作触发器B的输出作为启动信号，通知输入设备开始工作。
5. 数据传输：输入设备将数据传输到数据缓冲寄存器。这个寄存器是一个暂存区域，用于在数据传输过程中存储数据。
6. 工作结束信号：当数据缓冲寄存器满时，输入设备会发出一个工作结束信号。这个信号将触发器D置1，表示操作完成；同时将工作触发器B置0，表示设备停止工作。
7. 通知CPU就绪：完成触发器D的输出为1，这通知CPU输入设备已经准备就绪，数据可以读取。
8. 数据读取：CPU执行输入指令，从数据缓冲寄存器中读取数据，并将其传输到通用寄存器中。然后，这个数据可能会被进一步存储到主存中，以供后续处理。