1. Programmsteuerungsverfahren

Im Programmsteuermodus im Datenübertragungssteuermodus wird die Datenübertragung durch die CPU gesteuert. Auf diese Weise ist die CPU dafür verantwortlich, Daten von Peripheriegeräten zu lesen und dann Daten in den Speicher zu schreiben oder Daten aus dem Speicher zu lesen und dann Daten an Peripheriegeräte zu senden.

Verglichen mit dem DMA-Verfahren besteht der Vorteil des Programmsteuerverfahrens
darin, dass es den Datenübertragungsprozess flexibel steuern und Datenverarbeitung, Umwandlung und Filterung bequem durchführen kann. Außerdem kann das Programmsteuerverfahren auch eine Fehlerprüfung und -korrektur durchführen, wodurch die Zuverlässigkeit der Datenübertragung verbessert wird.
Nachteile des Programmsteuerungsverfahrens
Das Programmsteuerungsverfahren erfordert normalerweise viel CPU-Ressourcen und Zeit, daher ist das DMA-Verfahren besser geeignet für Gelegenheiten, bei denen die Datenübertragungsgeschwindigkeit hoch ist. Wenn jedoch während der Datenübertragung Datenverarbeitung, Konvertierung und Filterung erforderlich sind, ist das Programmsteuerungsverfahren sehr geeignet.

Der Programmsteuermodus kann mittels Interrupt, Polling und DMA realisiert werden. Bei Verwendung des Interrupt-Modus überwacht die CPU den Status der Peripheriegeräte.Wenn die Peripheriegeräte bereit sind, wird ein Interrupt-Signal ausgelöst, und dieCPU liest oder schreibt Daten in der Interrupt-Service-Routine. Bei Verwendung der Polling-Methode fragt die CPU kontinuierlich den Status des Peripheriegeräts ab, bis das Peripheriegerät bereit ist, bevor Daten gelesen oder geschrieben werden. Diese beiden Methoden benötigen alle eine CPU, um den Datenübertragungsprozess zu steuern, sodass ihre Echtzeit und Zuverlässigkeit hoch sind. Ihr Nachteil ist jedoch, dass sie viel CPU-Zeit und -Ressourcen verbrauchen, sodass sie im Fall einer Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung nicht so gut ist wie das DMA-Verfahren.

Neben Interrupt- und Polling-Verfahren können auch Programmsteuerungsverfahren unter Verwendung von DMA- und FIFO-Puffern implementiert werden. Bei Verwendung des DMA-Verfahrens initialisiert die CPU den DMA-Controller und startet die Übertragung und kann dann andere Aufgaben erledigen, und der DMA-Controller ist für die Steuerung der Datenübertragung verantwortlich. Bei Verwendung des FIFO-Puffers schreibt die CPU Daten in den FIFO-Puffer, und dann lesen die Peripheriegeräte die Daten aus dem FIFO-Puffer, wodurch die CPU entlastet und die Datenübertragungsgeschwindigkeit erhöht werden kann.

Zusammenfassend ist das Programmsteuerungsverfahren ein flexibles und zuverlässiges Datenübertragungsverfahren, das sich sehr gut für Anlässe eignet, die eine Datenverarbeitung, Konvertierung und Filterung erfordern. Im Falle einer Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung ist es jedoch notwendig, die Verwendung von DMA in Betracht zu ziehen.

2. Programmunterbrechungsmodus

Das Programmunterbrechungsverfahren ist ein übliches Datenübertragungssteuerverfahren, das den Unterbrechungsmechanismus der CPU verwendet, um die Steuerung der CPU bei dem Datenübertragungsprozess zu realisieren. Im Programmunterbrechungsmodus wird, wenn das Peripheriegerät bereit ist, ein Unterbrechungssignal ausgelöst, und die CPU setzt die aktuelle Aufgabe aus, springt zum Unterbrechungsdienstprogramm und führt Datenübertragungsoperationen durch. In der Interrupt-Service-Routine liest die CPU Daten aus dem Peripheriegerät, schreibt dann die Daten in den Speicher oder liest die Daten aus dem Speicher und sendet dann die Daten an das Peripheriegerät.

Die Vorteile des Programmunterbrechungsmodus
Hohe Flexibilität, kann rechtzeitig auf das Bereitschaftssignal des Peripheriegeräts reagieren und die Datenübertragung rechtzeitig durchführen und kann auch eine Fehlerprüfung und -korrektur durchführen, wodurch die Zuverlässigkeit der Datenübertragung verbessert wird. Darüber hinaus kann das Programmunterbrechungsverfahren auch eine Datenverarbeitung, Konvertierung und Filterung während der Datenübertragung durchführen, um die tatsächlichen Anwendungsanforderungen besser zu erfüllen.
Der Nachteil des Programm-Interrupt-Verfahrens
erfordert viel CPU-Ressourcen und Zeit, da die CPU im Interrupt-Serviceprogramm die aktuelle Task aussetzen und zum Interrupt-Serviceprogramm für Datenübertragungsoperationen springen muss, was die Effizienz verringert CPU und beeinflussen die Reaktion der Systemgeschwindigkeit. Daher ist im Fall einer Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung das Programmunterbrechungsverfahren möglicherweise nicht geeignet.

Das Programmunterbrechungsverfahren verwendet normalerweise eine Unterbrechungsvektortabelle, um mehrere Unterbrechungsdienstroutinen zu verwalten, und jeder Unterbrechungsvektor entspricht einer Unterbrechungsdienstroutine. Wenn das Peripheriegerät unterbrochen wird, sendet die Unterbrechungssteuerung ein Unterbrechungssignal an die CPU, und die CPU springt zum entsprechenden Unterbrechungsdienstprogramm, um Datenübertragungsoperationen gemäß der entsprechenden Beziehung in der Unterbrechungsvektortabelle durchzuführen.

In praktischen Anwendungen wird das Programmunterbrechungsverfahren üblicherweise in Kombination mit anderen Datenübertragungssteuerverfahren verwendet, wie etwa der Verwendung des DMA-Verfahrens für die Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung und der Verwendung des Programmunterbrechungsverfahrens für die Datenverarbeitung und -konvertierung. Auf diese Weise können die Vorteile verschiedener Verfahren zur Datenübertragungssteuerung voll ausgeschöpft und deren Nachteile vermieden werden.

3. DMA-Modus

DMA (Direct Memory Access) ist eine Datenübertragungssteuerungsmethode, die Peripheriegeräten den direkten Zugriff auf den Systemspeicher ohne Eingreifen der CPU ermöglicht. Bei herkömmlichen Input/Output-(I/O)-Operationen muss die CPU kontinuierlich Daten von Peripheriegeräten lesen und dann Daten in den Speicher schreiben, was ineffizient ist. Mit DMA können Peripheriegeräte Daten direkt in den Speicher schreiben oder Daten aus dem Speicher lesen, wodurch die Datenübertragungsgeschwindigkeit verbessert, die CPU-Arbeitslast reduziert und die Systemeffizienz verbessert wird.

Im DMA-Modus ist der DMA-Controller für die Verwaltung von Datenübertragungen verantwortlich. Der DMA-Controller liest Daten von Peripheriegeräten und schreibt Daten direkt in den Speicher oder liest Daten aus dem Speicher und sendet Daten an Peripheriegeräte. Während dieses Vorgangs muss die CPU nur den DMA-Controller initialisieren und die Übertragung starten und kann dann andere Aufgaben ausführen, ohne kontinuierlich am Datenübertragungsprozess teilzunehmen. Dieser Ansatz kann die Parallelität und den Durchsatz des Systems verbessern.

Das DMA-Verfahren wird normalerweise bei Gelegenheiten verwendet, die eine Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung erfordern, wie etwa bei der Audio-, Video- und Grafikverarbeitung. In modernen Computersystemen ist DMA zu einem grundlegenden Datenübertragungsverfahren geworden, das die Systemleistung und -zuverlässigkeit stark verbessert.

4. Kanal

Channel (Channel) ist eine fortschrittliche Datenübertragungssteuerungsmethode.Es ist ein Hardwaregerät, das speziell für die Datenübertragung verwendet wird und eine Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung realisieren kann, ohne CPU-Ressourcen zu belegen. Kanäle können den Datenübertragungsprozess ohne CPU-Eingriff unabhängig verwalten.

Die Hauptfunktion des Kanals besteht darin, Daten vom Peripheriegerät zum Speicher oder vom Speicher zum Peripheriegerät zu übertragen. Der Arbeitsprozess eines Channels umfasst in der Regel folgende Schritte:

Initialisierung: Der Kanal muss für einen bestimmten Übertragungsmodus konfiguriert werden, einschließlich der Richtung der Datenübertragung, der Länge der übertragenen Daten, der Start- und Zieladresse der Übertragung usw.
Datenübertragung: Der Kanal kann Vorgänge wie Caching, Queuing und Verarbeitung von Daten während der Datenübertragung durchführen, um die Effizienz und Zuverlässigkeit der Datenübertragung zu verbessern.
Unterbrechungsverarbeitung: Wenn die Datenübertragung abgeschlossen ist oder ein Fehler auftritt, kann der Kanal eine Unterbrechungsanforderung an die CPU senden und die CPU benachrichtigen, eine entsprechende Verarbeitung durchzuführen.

Vorteile des Kanals
Es kann die CPU-Last erheblich reduzieren und eine Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung realisieren. Kanäle können den Datenübertragungsprozess ohne CPU-Eingriff unabhängig verwalten, wodurch die Parallelität und Effizienz des Systems verbessert werden. Gleichzeitig weist der Kanal auch eine hohe Zuverlässigkeit und Stabilität auf, wodurch Fehler und Ausfälle bei der Datenübertragung reduziert werden können.
Nachteile von Kanälen
Kanalhardware ist kostspielig und komplex, und das Design und die Entwicklung von Kanälen erfordern eine hohe technische Schwelle. Außerdem ist der Kanal in der Regel nur für einen bestimmten Datenübertragungsmodus geeignet und kann sich nicht an unterschiedliche Datenübertragungsanforderungen anpassen, und auch die Erweiterung und Aufrüstung des Kanals ist relativ schwierig.

In praktischen Anwendungen werden Kanäle üblicherweise in Kombination mit anderen Datenübertragungs-Steuerverfahren verwendet, wie etwa der Verwendung von DMA- und Programmsteuerverfahren zur Datenübertragung, der Verwendung von Kanälen für Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung und Datenpufferverarbeitung. Auf diese Weise können die Vorteile verschiedener Verfahren zur Datenübertragungssteuerung voll ausgeschöpft und deren Nachteile vermieden werden.

5. Eingabe- und Ausgabeprozessor

Ein E/A-Prozessor ist ein Hardwaregerät, das für die Verwaltung von Eingabe- und Ausgabevorgängen bestimmt ist. Es kann die Datenübertragung zwischen verschiedenen Eingabe- und Ausgabegeräten und dem Host-Computer koordinieren, um eine effiziente und zuverlässige Dateneingabe und -ausgabe zu realisieren.

Die Hauptaufgabe des E/A-Prozessors besteht darin, Eingabe- und Ausgabeanforderungen und Datenübertragungsoperationen zu verarbeiten. Wenn der Host eine Eingabe- und Ausgabeanforderung sendet, empfängt der E/A-Prozessor die Anforderung und ist für die Verwaltung zugehöriger Geräte für die Datenübertragung verantwortlich. Während des Datenübertragungsprozesses wird der E/A-Prozessor die Daten auch zwischenspeichern, verarbeiten und prüfen, um die Genauigkeit und Integrität der Datenübertragung sicherzustellen.

Die Vorteile des E/A-Prozessors
können Eingabe- und Ausgabeoperationen unabhängig verwalten, die Belastung des Hosts verringern und dadurch die Parallelität und Effizienz des Systems verbessern. Der E/A-Prozessor kann auch eine höhere Datenübertragungsgeschwindigkeit und einen besseren Datenschutzmechanismus bereitstellen, wodurch die Zuverlässigkeit und Stabilität des Systems verbessert werden.
Nachteile von E/A-Prozessoren
Hohe Kosten und hohe Komplexität erfordern eine hohe technische Schwelle und Designerfahrung. Da die Kommunikation zwischen dem E/A-Prozessor und dem Host zusätzlichen Overhead und Verzögerung erfordert, kann sie außerdem einen gewissen Einfluss auf die Gesamtleistung des Systems haben.

In praktischen Anwendungen werden E/A-Prozessoren gewöhnlich in Kombination mit anderen Datenübertragungssteuerverfahren verwendet, wie etwa der Verwendung von DMA- und Programmsteuerverfahren für die Datenübertragung und der Verwendung von E/A-Prozessoren zum Koordinieren verschiedener Eingabe- und Ausgabegeräte und Hosts für die Datenübertragung . Auf diese Weise können die Vorteile verschiedener Datenübertragungssteuerungsverfahren vollständig genutzt und gleichzeitig ihre Nachteile vermieden werden, um eine effizientere und zuverlässigere Datenübertragung und -verarbeitung zu realisieren.

Steuerverfahren für die Datenübertragung