二、 I/O控制方式与数据通路详解

1. 程序查询方式 (Programmed I/O)

这是最原始的I/O方式。

• 过程：CPU执行I/O指令后，会反复地“轮询”I/O设备的状态寄存器，看其是否准备就绪。一旦就绪，CPU再执行IN（输入）或OUT（输出）指令，以CPU内部的累加器（Accumulator）或通用寄存器为中介，一次传送一个字（Word）的数据。

• 数据通路：

  • 输入：I/O设备 → I/O端口数据寄存器 → CPU累加器/GPR → 主存

  • 输出：主存 → CPU累加器/GPR → I/O端口数据寄存器 → I/O设

2. 中断驱动方式 (Interrupt-Driven I/O)

• 过程：CPU发出I/O指令后，不再等待，而是继续执行其他程序。当I/O设备准备好数据后，会主动向CPU发送一个中断请求。CPU响应中断后，暂停当前任务，转而执行一段中断服务程序，在服务程序中完成一次数据的读写。

• 数据通路：与程序查询方式完全相同！ 数据传送的动作本身，仍然需要CPU执行指令，通过累加器/GPR来完成。

  • 输入：I/O设备 → I/O端口 → CPU累加器/GPR → 主存

  • 输出：主存 → CPU累加器/GPR → I/O端口 → I/O设备

3. 直接存储器存取方式 (Direct Memory Access, DMA)

• 过程：CPU只需向**DMA控制器（DMAC）**下达指令，告诉它“你要把哪个I/O设备的数据，传送到主存的哪个地址，传送多少个字节”。设置完成后，CPU就可以“撒手不管”了。整个数据的传输过程由DMAC全权接管，在DMAC的控制下，数据直接在I/O设备和主存之间传送。传送结束后，DMAC再通过一个中断信号通知CPU“任务已完成”。

• 数据通路：

  • 输入/输出：I/O设备 ↔ 主存

图示：中断方式 vs DMA方式的数据通路

     +-------+        数据       +-----+       数据      +------+
     |  I/O  | <--------------> | CPU | <------------> | 主存 |
     +-------+    (寄存器中转)    +-----+                +------+
           |                        ^
           |__中断请求/控制________|
      图1：中断驱动方式的数据通路 (数据经过CPU)


     +-------+                                          +------+
     |  I/O  | <------------ 数据直接传送 -------------> | 主存 |
     +-------+                                          +------+
         |                                                 ^
         |                    +---------+                  |
         |__ DMA请求/控制 ____|   DMAC  |____ 总线控制 ____|
                              +---------+
                                  ^
                                  |__ CPU发出指令/接收中断 __
                                  |
                               +-----+
                               | CPU |
                               +-----+
      图2：DMA方式的数据通路 (数据不经过CPU)

四、 总结与边界情况