【计组&OS】I/O方式笔记总结

IO方式：程序查询方式

程序查询方式是一种基本的I/O操作方式，它依赖于CPU不断检查（查询）I/O设备的状态，以确定设备是否准备好进行数据传输。以下是对程序查询方式的详细讲解：

工作原理

1. 查询状态：CPU通过发送查询指令来检查I/O设备的状态，判断设备是否准备好接收或发送数据。
2. 等待设备就绪：如果设备尚未准备好，CPU将继续执行查询，直到设备状态表明它可以接受或发送数据。
3. 数据传输：一旦设备就绪，CPU将启动数据传输过程，读取或写入数据。

程序查询方式的详细流程：

1. 初始化阶段

• 在I/O操作开始之前，CPU初始化I/O设备，设置好相关的控制信息，如设备地址等。

2. 发送I/O命令

• CPU向I/O设备发送读取或写入命令，告知设备即将进行的操作类型。

3. 循环检查状态

• CPU通过程序不断查询I/O设备的状态，检查设备是否已经准备好进行数据传输。这一步骤是程序查询方式的核心，也是效率较低的原因。（这里有另外一种查询方式：定时查询 就不是一直忙等 而是过一会过来询问准备好没有）

4. 数据传输

• 一旦I/O设备状态表明它已经准备好，CPU便开始数据的读取或写入操作。

5. 继续查询

• 在数据传输完成后，CPU继续循环检查设备状态，以确保数据已正确传输，或准备下一次数据传输。

6. 操作完成

• 当所有数据传输任务完成后，CPU停止查询，结束I/O操作。

为什么如此效率低下！？

刚刚第三步说了cpu一直在忙等 但是他为什么会这样 原因是因为 IO设备的数据寄存器是易失性的，只要在他准备好之后 不马上传输 数据就会消失！！！这是很重要的特点 大题基本上就是靠这个知识点去想的 选择题也是靠他来排除选项

特点

• 简单性：程序查询方式的实现相对简单，不需要额外的硬件支持。
• CPU资源占用：由于CPU需要不断查询设备状态，这可能导致CPU资源的浪费，尤其是在设备响应较慢时。

优点

• 实现容易：不需要复杂的硬件支持，适用于简单的I/O操作。

缺点

• 效率低：在设备响应时间较长的情况下，CPU的查询操作可能导致效率低下。
• CPU利用率低：由于CPU需要不断查询，可能无法执行其他任务，降低了CPU的利用率。

应用场景

程序查询方式通常用于对实时性要求不高、I/O设备速度较慢的场景。

与其他I/O方式的比较

与中断方式和DMA（Direct Memory Access）方式相比，程序查询方式在数据传输效率和CPU资源利用上存在劣势。中断方式允许I/O设备在准备好时通知CPU，而DMA方式允许数据在不经过CPU的情况下直接在内存和I/O设备之间传输，这两种方式都能更有效地利用CPU资源。

IO方式：中断方式

在计算机系统中，I/O（输入/输出）操作是连接外部设备与CPU的重要桥梁。中断方式是实现高效I/O操作的一种机制。

什么是中断方式？

中断方式是一种允许I/O设备在需要时主动通知CPU进行服务的机制。这种方式使得CPU不必在每次I/O操作时都持续检查设备状态，从而可以更高效地利用CPU资源。

中断方式的工作原理

1. 中断请求：当I/O设备需要CPU服务时，它会向CPU发送一个中断请求信号。
2. 中断判优：如果CPU当前没有处理更高优先级的中断，它会根据中断请求的优先级来决定是否立即响应。
3. 响应条件：CPU响应中断的条件包括：中断请求已被提出，CPU允许中断且中断功能未被屏蔽，且当前没有执行更高优先级的任务。
4. 中断隐指令：一旦决定响应中断，CPU会执行一系列隐含指令，包括保存当前任务的状态，切换到中断服务程序。
5. 中断处理：中断服务程序执行具体的I/O操作，完成后会恢复CPU的状态，使CPU可以回到被中断的任务。

中断方式的优势

• CPU资源的高效利用：CPU无需在每次I/O操作期间不断检查设备状态，可以执行其他任务。
• 实时性：中断机制可以快速响应外部设备的服务请求。
• 灵活性：可以根据中断请求的优先级灵活处理多个I/O设备。

中断方式的组成部分

• 中断请求：I/O设备向CPU发出的请求信号。
• 中断判优：硬件电路决定的优先级判断机制。
• 中断服务程序：处理中断请求的程序代码。
• 中断隐指令：CPU在响应中断时自动执行的指令序列。

应用

键盘 鼠标 打印机等等

向量中断

这里的“向量”可以理解成 就像c语言里面的指向那样的作用 所以就用了“向量”一词

其实说白了就是个地址罢了 别被名字吓到了

I/O方式：中断方式的中断处理流程

中断方式是计算机系统中一种高效的I/O操作机制，允许I/O设备在需要时主动通知CPU进行服务。以下是中断处理流程的详细步骤：

1. 中断请求

• 当I/O设备需要CPU服务时，它向CPU发出中断请求信号。

2. 中断判优

• 如果CPU当前没有处理更高优先级的中断，它会根据中断请求的优先级来决定是否立即响应。

3. 响应条件

• CPU响应中断的条件包括：
  • 中断源提出中断请求。
  • CPU允许中断并且中断功能未被屏蔽。
  • 一条指令执行完毕且没有更紧迫的任务。

4. 中断隐指令

• 一旦决定响应中断，CPU会执行一系列隐含指令，包括：
  • 保存断点：记录当前CPU的状态，以便中断处理完毕后能恢复执行。
  • 引出中断服务程序：切换到处理该中断的程序。
  • 完成关中断：在中断服务程序执行期间，可能需要暂时关闭中断，以避免新的中断请求干扰当前处理。

5. 查询中断服务程序的入口地址

• 中断向量用于查询中断服务程序的入口地址，以便CPU能够跳转到正确的中断处理代码。

6. 中断处理

• 执行中断服务程序，进行必要的I/O操作。

7. 恢复现场

• 中断服务程序完成后，CPU需要恢复之前保存的状态，以便能够从中断点继续执行。

8. 中断返回

• 中断处理完毕后，CPU返回到被中断的任务继续执行。

做个总结吧

另外，利用了工作之余的一点点时间，整理了一套考研408的知识图谱，