输入输出系统主要用三种方式与主机交换数据，对于这三种方式的描述正确的是（ ）。A．程序控制方式最节省CPU时间B．中断方式最耗费CPU时问C．DMA方式在传输过程中需要CPU的查询D．中断方式无需CPU主动查询和等待外设

在计算机中，实现计算机与外部设备之间数据交换经常使用的方式有无条件传送、程序查询、中断和直接存储器存取(即DMA)。其中前三种都是通过CPU执行某一段程序，实现计算机内存与外设间的数据交换。只有DMA方式下，CPU交出计算机系统总线的控制权，不参与内存与外设间的数据交换。而DMA方式工作时，是在DMA控制器硬件的控制下，实现内存与外设间数据的直接传送，并不需要CPU参与工作。由于DMA方式是在DMA控制器硬件的控制下实现数据的传送，不需要CPU执行程序，故这种方式传送数据的速度最快。

本题考查计算机设备管理方面的基础知识。在计算机设备管理中，常用的输入/输出控制方式有程序直接控制方式、中断控制方式、DMA控制方式和通道控制方式。程序直接控制方式：在早期的计算机系统中使用，由于没有中断机构，处理机对I/O设备的控制采用程序直接控制方式，该方法工作过程非常简单，但CPU的利用率相当低，因为CPU执行指令的速度高出I/O设备几个数量级，所以在循环测试中CPU浪费了大量的时间。中断控制方式：为了减少程序直接控制方式中的CPU等待时间，提高CPU与设备的并行工作程度，现代计算机系统中广泛采用中断控制方式对I/O设备进行控制。DMA控制方式的基本思想是在外围设备和内存之间开辟直接的数据交换通路，在DMA控制方式中，设备控制器（DMA控制器）具有更强的功能，在它的控制下，设备和内存之间可以成批地进行数据交换，而不用CPU干预，这种方式一般用于块设备的数据传输。通道控制方式：与DMA控制方式类似，也是一种以内存为中心，实现设备与内存直接交换数据的控制方式。与DMA控制方式相比，通道所需要的CPU干预更少，而且可以做到一个通道控制多台设备，从而更进一步减轻了CPU的负担。依据本题的题意，本题的正确答案应选择C。

DMA方式比较适合成块数据的I/O传送，但在实现了DMA方式的系统中，DMA传送结束时需要用中断方式来通知CPU进行后处理；当有紧急情况发生时，也需要中断方式来进行处理。

在计算机中，I/O系统可以有5种不同的工作方式，分别是程序控制方式、程序中断方式、DMA工作方式、通道方式、I/O处理机。
（1）程序控制方式
①无条件传送方式
无条件传送方式是在假定外设已经准备好的情况下，直接利用输入指令（IN指令）或输出指令（OUT指令）与外设传送数据，而不去检查（查询）外设的工作状态。这种传送方式的优点是控制程序简单。但它必须是在外设已经准备好的情况下才能使用，否则传送就会出错。所以在实际应用中无条件传送方式使用较少，只用于一些较简单外设的操作，如对开关信号的输入，对LED显示器的输出等。在此情况下，外设总是准备好的，它可以无条件地随时接收CPU发来的输出数据，也能够无条件地随时向CPU提供需要输入的数据。
②程序查询传送方式
程序查询传送方式也称为条件传送方式。在这种方式下，利用查询方式进行输入输出，就是CPU通过执行程序查询外设的状态，判断外设是否准备好接收数据或准备好了向CPU输入的数据。这种方法简单，硬件开销小，但I/O能力不高，严重影响CPU的利用率。
（2）程序中断
程序中断是指计算机执行现行程序的过程中，出现某些急需处理的异常情况和特殊请求，cpu暂时终止现行程序，而转去对随机发生的更紧迫的事件进行处理，在处理完毕后，cpu将自动返回原来的程序继续执行。在中断方式中CPU与外设可并行工作。
（3）DMA
直接内存存取DMA是指在内存与I/O设备间传送数据块的过程中，不需要CPU的任何干涉，只需要CPU在过程考试启动与过程结束时的处理，实际操作由DMA硬件直接执行完成，CPU在此传送过程中可做别的事情。在DMA方式中CPU与外设可并行工作。
（4）通道方式
通道是一种高级的I/O控制部件，它在一定的硬件基础上利用软件手段实现对I/O的控制和传送，更多地免去了CPU的介入，从而使主机和外设的并行程度更高。通道并不能完全脱离CPU，它还要受到CPU的管理，比如启动、停止等，而且通道还应该向CPU报告自己的状态，以便CPU决定下一步的处理。
（5）I/O处理机
I/O处理机除了能够完成通道的全部功能外，还可以进行码制转换、数据校正和校验、故障处理等。

在计算机中，I/O系统可以有5种不同的工作方式，分别是程序控制方式、程序中断方式、DMA工作方式、通道方式、I/O处理机。

（1）程序控制方式

①无条件传送方式

无条件传送方式是在假定外设已经准备好的情况下，直接利用输入指令（IN指令）或输出指令（OUT指令）与外设传送数据，而不去检查（查询）外设的工作状态。这种传送方式的优点是控制程序简单。但它必须是在外设已经准备好的情况下才能使用，否则传送就会出错。所以在实际应用中无条件传送方式使用较少，只用于一些较简单外设的操作，如对开关信号的输入，对LED显示器的输出等。在此情况下，外设总是准备好的，它可以无条件地随时接收CPU发来的输出数据，也能够无条件地随时向CPU提供需要输入的数据。

②程序查询传送方式

程序查询传送方式也称为条件传送方式。在这种方式下，利用查询方式进行输入输出，就是CPU通过执行程序查询外设的状态，判断外设是否准备好接收数据或准备好了向CPU输入的数据。这种方法简单，硬件开销小，但I/O能力不高，严重影响CPU的利用率。

（2）程序中断

程序中断是指计算机执行现行程序的过程中，出现某些急需处理的异常情况和特殊请求，cpu暂时终止现行程序，而转去对随机发生的更紧迫的事件进行处理，在处理完毕后，cpu将自动返回原来的程序继续执行。在中断方式中CPU 与外设可并行工作。

（3）DMA

直接内存存取DMA是指在内存与I/O设备间传送数据块的过程中，不需要CPU的任何干涉，只需要CPU在过程考试启动与过程结束时的处理，实际操作由DMA硬件直接执行完成，CPU在此传送过程中可做别的事情。在DMA方式中CPU 与外设可并行工作。

（4）通道方式

通道是一种高级的I/O控制部件，它在一定的硬件基础上利用软件手段实现对I/O的控制和传送，更多地免去了CPU的介入，从而使主机和外设的并行程度更高。通道并不能完全脱离CPU，它还要受到CPU的管理，比如启动、停止等，而且通道还应该向CPU报告自己的状态，以便CPU决定下一步的处理。

（5）I/O处理机

I/O处理机除了能够完成通道的全部功能外，还可以进行码制转换、数据校正和校验、故障处理等。

本题考查计算机系统基础知识。
CPU与I/O设备交换数据时常见的控制方式有程序查询方式、中断方式、DMA方式和通道方式等。在程序查询方式下，CPU执行指令查询外设的状态，在外设准备好的情况下才输入或输出数据。在中断方式下，是外设准备好接收或发送数据时发出中断请求，CPU无需主动查询外设的状态。在DMA方式下，数据传送过程是直接在内存和外设间进行的，不需要CPU执行程序来进行数据传送。

本题考查嵌入式处理器外设控制方式相关的基础知识。CPU通过接口对外设控制的方式一般包含程序查询方式、中断处理方式和DMA方式，程序查询方式是早期的计算机系统对I/O设备的一种管理方式。它定时对各种设备轮流询问一遍有无处理要求。轮流询问之后，有要求的，则加以处理。在处理I/O设备的要求之后，处理机返回继续工作。在中断处理方式下，中央处理器与I/O设备之间数据的传输步骤如下：（1）在某个进程需要数据时，发出指令启动输入输出设备准备数据；（2）进程发出指令启动设备之后，该进程放弃处理器，等待相关I/O操作完成。此时，进程调度程序会调度其他就绪进程使用处理器；（3）当I/O操作完成时，输入输出设备控制器通过中断请求线向处理器发出中断信号，处理器收到中断信号之后，转向预先设计好的中断处理程序，对数据传送工作进行相应的处理；（4）得到了数据的进程则转入就绪状态。在随后的某个时刻，进程调度程序会选中该进程继续工作。DMA是在内存与IO设备间传送一个数据块的过程中，不需要CPU的任何中间干涉，只需要CPU在过程开始时向设备发出“传送块数据”的命令，然后通过中断来得知过程是否结束和下次操作是否准备就绪。DMA工作过程：（1）当进程要求设备输入数据时，CPU把准备存放输入数据的内存起始地址以及要传送的字节数分别送入DMA控制器中的内存地址寄存器和传送字节计数器。（2）发出数据传输要求的进程进入等待状态。此时正在执行的CPU指令被暂时挂起。进程调度程序调度其他进程占据CPU。（3）输入设备不断地窃取CPU工作周期，将数据缓冲寄存器中的数据源源不断地写入内存，直到所要求的字节全部传送完毕。（4）DMA控制器在传送完所有字节时，通过中断请求线发出中断信号。CPU在接收到中断信号后，转入中断处理程序进行后续处理。（5）中断处理结束后，CPU返回到被中断的进程中，或切换到新的进程上下文环境中，继续执行。DMA与中断的区别：（1）中断方式是在数据缓冲寄存器满之后发出中断，要求CPU进行中断处理，而DMA方式则是在所要求传送的数据块全部传送结束时要求CPU进行中断处理。这就大大减少了CPU进行中断处理的次数。（2）中断方式的数据传送是在中断处理时由CPU控制完成的，而DMA方式则是在DMA控制器的控制下完成的。这就排除了CPU因并行设备过多而来不及处理以及因速度不匹配而造成数据丢失等现象。

程序查询方式的原理是：当主机进行I/O操作时，首先发出询问信号，读取设备的状态并根据设备状态决定下一步操作究竟是进行数据传输还是等待。这种控制下，CPU一旦启动I/O，必须停止现行程序的运行，并在现行程序中插入一段程序。程序查询方式的主要特点是CPU有踏步等待现象，CPU与I/O串行工作。
程序中断是指计算机执行现行程序的过程中，出现某些急需处理的异常情况和特殊请求，cpu暂时终止现行程序，而转去对随机发生的更紧迫的事件进行处理，在处理完毕后，cpu将自动返回原来的程序继续执行。在中断方式中CPU 与外设可并行工作。
直接内存存取DMA是指在内存与I/O设备间传送数据块的过程中，不需要CPU的任何干涉，只需要CPU在过程考试启动与过程结束时的处理，实际操作由DMA硬件直接执行完成，CPU在此传送过程中可做别的事情。在DMA方式中CPU 与外设可并行工作。