程序查询方式：I/O设备与主机信息控制详解

在"计算机组成原理"（第二版）的课程中，I/O设备与主机信息传送的控制方式是核心内容之一。主要讨论了程序查询方式，这是一种早期的控制方式，CPU与I/O设备的交互过程相对简单但效率较低。在这种模式下，CPU和I/O设备串行工作，CPU需要不断地检查I/O的状态，判断其是否准备好进行数据交换。 1. 程序查询方式：CPU执行指令时，会暂停并主动查询I/O设备是否完成其任务或准备好接收/发送数据。如果I/O未就绪，CPU就会处于“踏步”状态，等待设备完成操作。这种控制方式可能导致系统性能下降，因为CPU需要频繁中断执行，等待外部设备响应。 - CPU首先会读取I/O的状态信息，检查其是否准备好（例如，输入缓冲区是否为空或输出缓冲区是否满）。 - 如果I/O准备好，CPU从接口读取一个字，将数据传输到内存或者从内存写入一个字到I/O。 - 同时，CPU发出相应的读或写指令给I/O设备。 - 再次检查I/O状态，确认操作是否已完成。若未完成，继续等待；若完成，则返回到正常的程序执行。 5.1处详细介绍了这一流程，包括CPU如何根据设备状态决定下一步操作：当I/O已完成任务且准备就绪时，才会进行数据交换；若未准备好或出错，程序会继续等待或处理错误信息。 这种控制方式虽然直观易懂，但不适合现代高速I/O系统，因为它会导致不必要的CPU空闲和系统开销。随着技术发展，诸如DMA（直接存储器访问）和中断机制等更高效的控制方式被引入，使得CPU可以专注于其他任务，而无需持续监控I/O操作。 这一章节是理解计算机体系结构中硬件与软件交互的关键，它阐述了早期计算机设计中的基本概念，对于理解现代计算机架构的优化和改进具有重要的历史意义。同时，通过唐朔飞老师的讲解，学生能够掌握这些理论，并了解它们在实际应用中的表现和局限性。