CPU 控制 I/O 设备方式详解：程序查询、中断和 DMA

CPU 对 I/O 设备的控制方式详解

CPU 对 I/O 设备的控制方式主要有以下几种：

1. 程序查询方式：CPU 通过程序不断地查询 I/O 设备的状态，等待设备就绪后再进行数据传输。这种方式的缺点是 CPU 需要花费大量时间进行查询，效率较低。

2. 中断方式：I/O 设备在完成任务后向 CPU 发出中断请求，CPU 响应中断请求，停止当前任务并转向中断处理程序，进行相应的 I/O 操作。中断方式可以提高 CPU 的利用率，但是需要额外的中断处理程序。

3. DMA 方式：DMA 控制器负责直接将 I/O 设备的数据传输到内存中，CPU 只需发出 DMA 命令，然后可以继续执行其他任务。DMA 方式可以大大提高数据传输速度，减轻 CPU 的负担。

计算机的存储体系

计算机的存储体系主要包括三个层次：

• 主存储器：计算机中最重要的存储设备，用于存储正在运行的程序和数据。主存储器的读写速度非常快，但存储容量有限，且需要持续供电才能保持数据的存储。

• 辅助存储器：包括硬盘、光盘、U 盘等设备，用于长期存储大量的程序和数据。辅助存储器的存储容量较大，但读写速度较慢。

• 高速缓存：一种特殊的存储器，位于 CPU 和主存储器之间，用于存储最近被频繁使用的数据和指令。高速缓存的读写速度非常快，可以大大提高计算机的运行速度。

寻址范围计算示例

已知 CPU 有 32 根数据线和 20 根地址线，存储器的容量为 100MB，试分别计算按字和按字节寻址时的寻址范围。

按字寻址时，每个地址对应一个字（32 位），因此寻址范围为：

2^20 = 1,048,576 字

即，从地址 0 到地址 1,048,575，共计 1,048,576 个字。

按字节寻址时，每个地址对应一个字节（8 位），因此寻址范围为：

2^20 × 4 = 4,194,304 字节

即，从地址 0 到地址 4,194,303，共计 4,194,304 个字节。