【正文】 DMA數(shù)據(jù)傳送過(guò)程可分為三個(gè)階段： 準(zhǔn)備階段 、 傳送階段 、 結(jié)束階段 ，完成傳送前的預(yù)處理 、 數(shù)據(jù)傳送 、 傳送后的結(jié)束處理 。 ? 準(zhǔn)備階段： 在 DMA傳送前必須做好準(zhǔn)備工作，主機(jī)向 DMA接口傳送以下信息： ? 讀 /寫(xiě)命令。 ? 向 DMA控制器的主存地址計(jì)數(shù)器送數(shù)據(jù)塊在內(nèi)存中的首地址。 ? 向 DMA控制器的設(shè)備地址寄存器送設(shè)備號(hào)。 ? 向傳送長(zhǎng)度計(jì)數(shù)器送數(shù)據(jù)字個(gè)數(shù)。 ? 啟動(dòng) DMA。 這些工作做完之后， CPU繼續(xù)原來(lái)的工作。 72 DMA數(shù)據(jù)傳送過(guò)程（續(xù)） ? 傳送階段 ? 外設(shè)準(zhǔn)備好收發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)，向主機(jī)發(fā) DMA請(qǐng)求。 ? CPU在本機(jī)器周期結(jié)束后，響應(yīng)該請(qǐng)求 、并使 CPU的總線驅(qū)動(dòng)器處于高阻狀態(tài)，讓出主存使用權(quán)。 ? DMA控制器發(fā)送內(nèi)存地址、讀 /寫(xiě)命令。 ? 挪用一個(gè)存儲(chǔ)周期，傳送一個(gè)數(shù)據(jù)，主存地址計(jì)數(shù)器加 1，字計(jì)數(shù)器減 1，如果用補(bǔ)碼表示則加 1。 ? 判斷數(shù)據(jù)是否傳送完畢，即計(jì)數(shù)器是否等于 0。若不為 0，則撤銷(xiāo)DMA請(qǐng)求，繼續(xù)第一步的動(dòng)作；若字計(jì)數(shù)器為 0，進(jìn)入結(jié)束階段。 ? 結(jié)束階段 DMA控制器向主機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求，報(bào)告數(shù)據(jù)傳送結(jié)束。 CPU停止主程序執(zhí)行，轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序進(jìn)行 DMA操作的后處理，包括校驗(yàn)送入內(nèi)存的數(shù)據(jù)、決定是否繼續(xù) DMA數(shù)據(jù)傳送、測(cè)試是否發(fā)生錯(cuò)誤等。 73 DMA方式與中斷控制方式比較 DMA是程序中斷技術(shù)的發(fā)展。在硬件邏輯機(jī)構(gòu)的支持下，以更快的速度、更簡(jiǎn)便的形式傳送數(shù)據(jù)。兩者之間的區(qū)別在于： ? 中斷方式通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，而 DMA直接用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。 ? CPU在執(zhí)行完一條指令后響應(yīng)中斷，而在一個(gè)機(jī)器周期結(jié)束后響應(yīng) DMA請(qǐng)求。 ? 中斷方式不僅具有傳送數(shù)據(jù)的能力，還能處理異常事件；而DMA只能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。 ? 中斷方式需要切換程序、保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)；而 DMA僅挪用一個(gè)存儲(chǔ)周期，不改變 CPU現(xiàn)場(chǎng)。 ? DMA請(qǐng)求比中斷請(qǐng)求優(yōu)先級(jí)高。之所以?xún)?yōu)先響應(yīng) DMA請(qǐng)求，是為了防止丟失 DMA高速傳送的數(shù)據(jù)。 74 六、通道控制方式 在大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中 ， 所連接的 I/O設(shè)備多 、 I/O操作多 、I/O速度快 ， 單純依靠采用程序中斷和 DMA控制方式已不能滿足輸入輸出的要求 ， 于是通道控制方式被引入計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 。 在通道控制方法下 ， CPU將部分權(quán)力下放給通道 ，讓通道去管理外設(shè) ， 大大提高了 CPU的工作效率 。 75 通道的基本概念 ? 通道控制方式是 DMA方式的進(jìn)一步發(fā)展。通道也是實(shí)現(xiàn)外設(shè)和主存之間直接數(shù)據(jù)交換的控制器，是一個(gè)具有特殊功能的處理機(jī)，專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的輸入輸出管理。通道有自己的指令和程序。 ? 從邏輯結(jié)構(gòu)上講， I/O系統(tǒng)一般具有四級(jí)連接： CPU、內(nèi)存 ??通道 ??設(shè)備控制器 ??外設(shè)。 ? 一般大中型計(jì)算機(jī) I/O數(shù)據(jù)流量很大，所以 I/O系統(tǒng)接有多個(gè)通道。設(shè)立多個(gè)通道的好處是對(duì)不同類(lèi)型的 I/O設(shè)備進(jìn)行分類(lèi)管理。 ? 通道與 CPU同時(shí)要求訪問(wèn)內(nèi)存時(shí)，通道優(yōu)先權(quán)高于 CPU。對(duì)于通道，所連接的設(shè)備讀寫(xiě)速度越快，優(yōu)先權(quán)越高。 76 具有通道的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 77 ① 通道的功能 通道的基本功能是執(zhí)行通道指令，組織外設(shè)和內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，按 I/O指令要求啟動(dòng)外設(shè)，向 CPU報(bào)告中斷等，具體有五項(xiàng)任務(wù)： ? 接受 CPU的 I/O指令，按指令要求與外設(shè)進(jìn)行聯(lián)系。 ? 從內(nèi)存取出屬于自己的通道指令，經(jīng)譯碼后向設(shè)備控制器發(fā)送各種命令。 ? 在外設(shè)和內(nèi)存之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，并根據(jù)需要提供數(shù)據(jù)緩沖空間、以及數(shù)據(jù)存放的主存地址和傳送的數(shù)據(jù)量。 ? 根據(jù)要求把從外設(shè)得到狀態(tài)信息、以及通道自身的狀態(tài)信息送給 CPU，供其使用。 ? 將外設(shè)的中斷請(qǐng)求和通道請(qǐng)求按次序及時(shí)報(bào)告 CPU。 78 ② CPU對(duì)通道的管理 ? 在具有通道結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)中， CPU是通過(guò) 處理來(lái)自通道的中斷 以及 執(zhí)行 I/O指令 實(shí)現(xiàn)對(duì)通道的管理的。 ? 來(lái)自通道的中斷有兩種： ? 數(shù)據(jù)傳送結(jié)束中斷 ? 故障中斷 ? 輸入輸出指令分為兩級(jí)： ? CPU執(zhí)行的 I/O指令：這種指令比較簡(jiǎn)單，且不直接控制I/O操作，只是負(fù)責(zé)通道的啟動(dòng)和停止，查詢(xún)通道或設(shè)備的狀態(tài)，控制通道去完成 I/O操作等。 ? 通道執(zhí)行的通道程序：在 CPU啟動(dòng)通道后，通道執(zhí)行通道程序來(lái)實(shí)現(xiàn)具體的 I/O操作；直到對(duì)應(yīng)的通道程序全部執(zhí)行完為止，本次 I/O操作才算完成 。 79 CPU對(duì)通道的管理（續(xù)） ? 通道程序由操作系統(tǒng)的設(shè)備管理程序生成。 CPU在執(zhí)行用戶(hù)程序時(shí)，如果遇到輸入輸出指令，便轉(zhuǎn)入操作系統(tǒng)的設(shè)備管理程序，根據(jù)輸入輸出指令提供的參數(shù)，自動(dòng)生成通道程序，供通道執(zhí)行。 ? 通常把 CPU運(yùn)行操作系統(tǒng)管理程序的狀態(tài)稱(chēng)為 管態(tài) ，而把 CPU執(zhí)行用戶(hù)程序的狀態(tài)稱(chēng)為 目態(tài) 。大、中型計(jì)算機(jī)的 I/O指令都屬于管態(tài)指令，只有當(dāng) CPU處于管態(tài)時(shí)，才能運(yùn)行 I/O指令。這是因?yàn)榇蟆⒅行陀?jì)算機(jī)的軟硬件資源為多個(gè)用戶(hù)共享，而不是分給某個(gè)用戶(hù)專(zhuān)用的，需要統(tǒng)一管理。 CPU 通道 設(shè)備控制器 外設(shè) 80 ③ 通道對(duì)設(shè)備控制器的管理 通道通過(guò)使用通道指令指揮設(shè)備控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送操作 。設(shè)備控制器是通道對(duì) I/O設(shè)備實(shí)現(xiàn)傳輸控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。設(shè)備控制器的具體任務(wù)如下： ? 從通道接收通道命令，控制外設(shè)完成所要求的操作。 ? 向通道反映外設(shè)的狀態(tài)。 ? 將各種外設(shè)的不同信號(hào)轉(zhuǎn)換成通道能識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。 CPU、內(nèi)存 通道 設(shè)備控制器 外設(shè) 81 通道的類(lèi)型 根據(jù)通道的工作方式 ， 通道分為三種 : ? 字節(jié)多路型通道 ? 選擇型通道 ? 數(shù)組多路型通道 82 ① 字節(jié)多路型通道 ? 字節(jié)多路通道主要用于 連接多臺(tái)低速設(shè)備 ，這些設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸率很低，在傳輸兩個(gè)字節(jié)之間有很多空閑時(shí)間。在這個(gè)空閑時(shí)間里，通道可以交替執(zhí)行多個(gè)設(shè)備的通道程序， 為多個(gè)設(shè)備服務(wù) 。 ? 假如某設(shè)備傳送一個(gè)字節(jié)的時(shí)間是 1毫秒，而通道從設(shè)備接收或向設(shè)備發(fā)送一個(gè)字節(jié)只需要幾百納秒，等待的時(shí)間遠(yuǎn)大于工作時(shí)間，所以在這段等待時(shí)間中，便為其它設(shè)備服務(wù)。 ? 字節(jié)多路通道的特點(diǎn) : 允許多個(gè)設(shè)備同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，傳送以字節(jié)為單位。字節(jié)多路通道對(duì)于高速設(shè)備是不適用的。 83 ② 選擇通道 ? 選擇通道又叫高速通道，在物理上可以連接多個(gè)設(shè)備，但這些設(shè)備不能同時(shí)工作， 在一段時(shí)間內(nèi)，通道只能選擇一個(gè)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送 。可以看出，選擇通道一次只能執(zhí)行一個(gè)通道程序，只有當(dāng)這個(gè)設(shè)備的通道程序全部執(zhí)行完，才能執(zhí)行其它設(shè)備的通道程序。 ? 選擇通道主要用于 連接高速設(shè)備 ，如磁盤(pán)、磁帶等。信息以成組方式高速傳送。由于數(shù)據(jù)傳輸率很高，在傳送的兩個(gè)字節(jié)之間很少空閑，所以在數(shù)據(jù)傳送期間只能為一個(gè)設(shè)備服務(wù)。 84 ③ 數(shù)組多路通道 ? 數(shù)組多路通道是對(duì)選擇通道的一種改進(jìn)，它的基本思想是當(dāng)某設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，通道只為該設(shè)備服務(wù)；當(dāng)設(shè)備執(zhí)行尋址等輔助性動(dòng)作時(shí)， 通道暫時(shí)斷開(kāi)與這個(gè)設(shè)備的連接，掛起該設(shè)備的通道程序， 去為其它設(shè)備服務(wù) 。 ? 數(shù)組多路通道既保留了選擇通道高速傳送數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)，又充分利用了輔助性操作的時(shí)間間隔為其它設(shè)備服務(wù)，使通道效率得到充分發(fā)揮。 85 通道工作過(guò)程 通道完成一次數(shù)據(jù)傳輸操作分為三步： ? 在用戶(hù)程序中使用訪管指令進(jìn)入管理程序， CPU通過(guò)管理程序組織一個(gè)通道程序，并啟動(dòng)通道。 ? 通道執(zhí)行 CPU為它組織的通道程序，完成指定的數(shù)據(jù)輸入輸出操作 . ? 通道程序結(jié)束后，向 CPU發(fā)中斷請(qǐng)求。 CPU響應(yīng)這個(gè)中斷請(qǐng)求后，第二次進(jìn)入操作系統(tǒng)，調(diào)用管理程序?qū)χ袛嗾?qǐng)求進(jìn)行處理。 完成一次輸入輸出操 作， CPU只需要兩次 調(diào)用管理程序，減少 了對(duì)用戶(hù)程序的打擾 86 通道方式和 DMA方式的比較 通道方式是 DMA方式的進(jìn)一步發(fā)展，與 DMA方式比較如下： ? DMA借助硬件完成數(shù)據(jù)交換，而通道則通過(guò)執(zhí)行一組通道命令字，即通道執(zhí)行通道程序完成數(shù)據(jù)交換。 ? 一個(gè) DMA控制器可以連接多臺(tái)同類(lèi)設(shè)備，只能串行工作；一個(gè)通道可以連接多臺(tái)不同類(lèi)型設(shè)備，而且能夠同時(shí)工作。 ? DMA方式的外設(shè)須由 CPU管理和控制，由 CPU初始化；而通道則代替 CPU管理和控制外設(shè)， CPU只通過(guò) I/O指令啟動(dòng)通道，由通道初始化外設(shè)。 ? DMA只控制高速外設(shè)，成組數(shù)據(jù)傳送；而通道則對(duì)高、低速外設(shè)均可以控制。