数据传送方式

5.1.3　数据传送方式

计算机与外部设备之间的数据传送方式主要取决于应用程序的控制方法，具体来说主要由接口控制程序决定。无论采用何种程序控制方式，计算机与外部设备之间的数据传送主要有以下四种基本方式：

1．无条件传送方式

无条件传送方式又称为同步传送方式，主要适用于外部设备的各种动作时间是固定的，并且条件是已知的情况，或者计算机与外部设备是完全同步的情况。在无条件传送方式传送数据时，已知外部设备是准备好，因此计算机不用查询外部设备的状态信息，输入/输出时直接使用IN或OUT指令完成数据的传送，如图5.3所示。使用无条件传送数据时，必须确信外部设备已准备好，否则数据传送就会出错。

图5.3　无条件输入/输出

2．条件传送方式（查询方式）

如果计算机与外部设备之间工作不同步（大部分情况都是这样），当处理器（CPU）执行IN、OUT指令时，很难保证外部设备一定准备好接收数据或已将数据准备好，所以，通常接口控制程序在读取或发送数据前，先查询外部设备的状态信息。当外部设备准备就绪时才进行数据传送，否则计算机的处理器（CPU）就等待，图5.4为查询输出的原理框图。

查询传输的本质是在进行数据输入/输出之前，必须先查询设备的状态是否满足传输条件，若条件不满足，则CPU等待；若满足传输条件，则进行数据的输入/输出操作。条件传送方式是计算机与外设之间最常用的数据传送方式，其优点是高速的CPU可以与任意低速的外设进行速度匹配；但传送速率慢，CPU的利用率低，不能用于高速外设（如磁盘、磁带等）的数据传送。

图5.4　查询输出示意图

查询传送方式在接口应用程序中是使用最广泛的一种程序处理方法，它可以保证任意高速的计算机系统与任意低速的外部设备之间的同步协调工作。由于查询传送方式数据传送的依据是接口状态信息，因此要求接口程序设计人员必须对外设接口的状态信息和接口的控制方法有充分的了解。

3．中断传送方式

在查询传送方式中，计算机的处理器（CPU）要不断地查询外部设备的状态信息，如果外部设备没有准备就绪，处理器（CPU）就必须等待，而不能做其他的任何操作，否则将大大浪费处理器（CPU）的时间，降低了处理器（CPU）的效率。目前，大部分的外部设备的速度较低（如：键盘、打印机、软磁盘等），它们输入/输出一个数据的速度很慢，在输入/输出的时间内，如果使用查询传送，处理器（CPU）不能执行其他指令。

为提高处理器（CPU）的利用率，往往采用中断输入/输出传送方式：当外部设备准备好数据或准备好接收数据时，由外部设备向计算机处理器（CPU）发出中断请求，处理器（CPU）就暂停原程序执行（实现中断），转入执行输入/输出操作（中断服务），输入/输出完成后返回原程序继续执行（中断返回），这样CPU不用等待外部设备，从而提高了计算机处理器（CPU）的利用率。

另一方面，某些外部设备的数据是随机数据（如键盘、数据采集等），作为计算机处理器（CPU）或接口控制程序无法预测什么时候外部设备需传送数据或接收数据，对于这种情况，使用中断传送方式具有独到的控制作用，这是其他传送方式无法比拟的。

4．DMA传送方式

中断传送可以大大提高计算机处理器（CPU）的利用率，但中断传送时每次中断都必须有保护断点、保护现场的处理过程等，这对于一个高速的I/O设备（如流式磁带机、数据流硬盘等），以及数据块交换时就显得中断传送过于繁杂和速度太慢。为提高计算机系统与高速I/O设备交换数据的速度，往往采用外部设备与计算机内存直接交换数据（DMA——存储器直接存取），而不通过处理器（CPU）。

采用DMA方式的传送速度取决于计算机存储器的存取速度和外设的传送速度。在DMA传送期间，IBM PC系列的计算机采用处理器（CPU）停机方式，即：在进行DMA传送时，处理器（CPU）一直处于等待状态，而处理器（CPU）把数据总线（DB）、地址总线（AB）、控制总线（CB）让出来供DMA控制器（Intel 8237）使用。当DMA传送结束后，处理器（CPU）再恢复对DB、AB、CB总线的控制权。这些过程均由计算机系统的硬件系统来实现。

在一个应用程序中，数据传送方式往往不是单一的，它可能是几种数据传送方式的组合。如：在中断传送方式中，在中断服务程序内，可以使用查询传送方式和DMA传送方式。