简述cpu从外部设备输入数据和向外输出数据的过程

CPU的三项基本功能：读数据、处理数据以及把数据写到存储器中。

以下是CPU的工作过程：指令指示器指向内存中存放指令的地方。取指器在那里取出指令，并把它交给解码器。解码器解释指令，并决定为完成该指令需要哪些步骤。（一条指令可以由许多按规定顺序完成的步骤组成。）

然后，ALU执行指令档橘所要求的 *** 作：它对数据肆蠢咐进行加、减运算，或者其它的一些处理。在CPU解释并执行完一条指令后，控制器会告诉取指器在内存中取出下一条指令。这个过程一直持续着——一条指令接一条指令，以令人眼花的速度运行——直到最后，产生你在屏幕上所见的结果。一个程裂纯序，例如文字处理，就是由一系列的指令和数据构成的。

共有四种I/O控制方式。1、程序I/O方式 适用于：早期计算机无中断机构，处理机对I/O设备的控制采用程序I/O方式或称忙等的方式。2、中断驱动I/O控制方式 适用于：适用于有中断机构的计算机系统中。3、直接存储器访间（DMA）I/O控制方式 适用于：具有DMA控制器的计算机系统中。4、I/O通道控制方式 适用于：具有通道程序的计算机系统中。扩展资料：常见的I/O控制方式：1、程序直接访问方式跟循环检测IO方式，是最古老的方式。CPU和IO串行，每读一个字节（或字），CPU都需要不断检测状态寄存器的busy标志，当busy=1时，表示IO还没完成；当busy=0时，表示IO完成。此时读取一个字的过程才结束，接着读取下一个字。2、中断控制方式：循环检测先进些，IO设备和CPU可以并行工作，只有在开始IO和结束IO时，才需要CPU。但每次只能读取一个字。3、DMA方式：Direct Memory Access，直接存储器访问，比中断先进的地方是每次可以读取一个块，而不是一个字。4、通道方式：比DMA先进的地方是，每次可以处理多个块，而不只是一个块。分类依据：现代计算机系统中总是配备有各种外部设备，他们都在CPU控制下进行工作。CPU对外部设备的控制方式主要有以下四种。1、程序I/O方式 程序查询方式也称为程序轮询方式，该方式采用用户程序直接控制主机与外部设备之间输入/输出 *** 作。CPU必须不停地循环测试I/O设备的状态端口，当发现设备处于准备好（Ready）状态时，CPU就可以与I/O设备进行数据存取 *** 作。这种方式下的CPU与I/O设备是串行工作的，输入/输出一般以字节或字为单位进行。这个方式频繁地测试I/O设备，I/O设备的速度相对来说又很慢，极大地降低了CPU的处理效率，并且仅仅依靠测试设备状态位来进行数据传送，不能及时发现传输中的硬件错误。但是这种方式的过程很简单，易理解，并且不需要额外硬件。2、中断驱动I/O控制方式 当I/O设备结束（完成、特殊或异常）时，就会向CPU发出中断请求信号，CPU收到信号就可以采取相应措施。当某个进程要启动某个设备时，CPU就向相应的设备控制器发出一条设备I/O启动指令，然后CPU又返回做原来的工作。CPU与I/O设备可以并行工作，与程序查询方式相比，大大提高了CPU的利用率。但是在中断方式下，同程序查询方式一样，也是以字节棚塌敬或字为单位进行。但是该方法大大降低了CPU的效率，因为当中断发生的非常频繁的时候，系统需要进行频繁的中断源识别、保护现场、中断处理、恢复现场。这种方法对于以“块”为存取单位的块设备，效率是低下的。3、直接存储器访间（DMA）I/O控制方式 DMA方式也称为直接主存存取方式，其思想是：允许主存储器和I/O设备之间通过“DMA控制器（DMAC）”直接进行批量数据交换，除了在数衫羡据传输开始和结束时，整个过程无须CPU的干预。每传输一个“块”数据只需要占用一个主存周期。DMA方式下，一个完整的数据传输过程：1)DMA初始化 当进程需要I/O设备进行数据输入输出时，CPU对DMA控制器初始化，并向I/O端口发出 *** 作命令，提供准备传输的数据起始地址，需要传送的数据长度等信息送入到DMA控制器中的主存地址寄存器和传送字节计数器中。2)DMA传输 DMA控制器获得总线控制权后，进行输出读写命令，直接控制主存与I/O设备之间的传输。在DMA控制器的控制下，数据传输过程中不需要CPU的参与。3)DMA结束 当完成本次数据传输后，DMA控制器释放总线控制权，并向I/O设备端口发出结束信号。4、I/O通道控制方式 通道（Channel）也称为外围设备处理器、输入输出处理机，是相对于CPU而言的。是一个处理器。也能执行指令和由指令的程序，只不过通道执链慎行的指令是与外部设备相关的指令。是一种实现主存与I/O设备进行直接数据交换的控制方式，与DMA控制方式相比，通道所需要的CPU控制更少，一个通道可以控制多个设备，并且能够一次进行多个不连续的数据块的存取交换，从而大大提高了计算机系统效率。参考资料：搜狗百科-I/O 控制方式

CPU依靠指令来计算和控制系统，每款CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统。指令的强弱也是CPU的重要指标，指令集是提高微处理器效率的最有效工具之一。从现阶段的主流体系结构讲，指令集可分为复杂指令集和精简指令集两部分，而从具体运用看，如Intel的MMX（Multi Media Extended）、SSE、 SSE2（Streaming-Single instruction multiple data-Extensions 2）、SEE3和AMD的3DNow!等都是CPU的扩展指令集，分别增强了CPU的多媒体、图形图象和Internet等的处理能力。我们通常会把CPU的扩展指令集称为”CPU的指令集”。SSE3指令集也是目前规模最小的指令集，此前MMX包含有57条命令，SSE包含有50条命令，SSE2包含有144条命令，SSE3包含有13条命令。目前SSE3也是最先进的指令集，英特尔Prescott处理器已经支持SSE3指令集，AMD会在未来双核心处理器当中加入对SSE3指令缓燃集的支持，全美达的处理器也将支持这一指令集。

（1）CISC指令集

CISC指令集，也称为复杂指令集，英文名是CISC，（Complex Instruction Set Computing的缩写）。在CISC微处理器中，程序的各条指令是按顺序串行执行的，每条指令中的各个 *** 作也是按顺序串行执行的。顺序执行的优点是控制简单，但计算机各部分的利用率不高，执行速度慢。其实它是英特尔生产的x86系列（也就是IA-32架构）CPU及其兼容CPU，如AMD、VIA的。即使是现在新起的X86-64（也被成AMD64）都是属于CISC的范畴。

要知道什么是指令集还要从当今的X86架构的CPU说起。X86指令集是Intel为其第一块16位CPU(i8086)专门开发的，IBM1981年推出的世界第一台PC机中的CPU—i8088(i8086简化版)使用灶哪的也是X86指令，同时电脑中为提高浮点数据处理能力而增加了X87芯片，以后就将X86指令集和X87指令集统称为X86指令集。

虽然随着CPU技术的不断发展，Intel陆续研制出更新型的i80386、i80486直到过去的PII至强、PIII至强、Pentium 3，最后到今天的Pentium 4系列、至强（不包括至强Nocona），但为了保证电脑能继续运行以往开发的各类应用程序以保护和继承丰富的软件资源，所以Intel公司所生产的所有CPU仍然继续使用X86指令集，所以它的CPU仍属于X86系列。由于Intel X86系列及其兼容CPU（如AMD Athlon MP、）都使用X86指令集，所以就形成了今天庞大的X86系列及兼容CPU阵容。x86CPU目前主要有intel的服务器CPU和AMD的服务器CPU两类。

（2）RISC指令集

RISC是英文“Reduced Instruction Set Computing ” 的缩写，中文意思是“精简指令集”。它是在CISC指隐哪码令系统基础上发展起来的，有人对CISC机进行测试表明，各种指令的使用频度相当悬殊，最常使用的是一些比较简单的指令，它们仅占指令总数的20％，但在程序中出现的频度却占80％。复杂的指令系统必然增加微处理器的复杂性，使处理器的研制时间长，成本高。并且复杂指令需要复杂的 *** 作，必然会降低计算机的速度。基于上述原因，20世纪80年代RISC型CPU诞生了，相对于CISC型CPU，RISC型CPU不仅精简了指令系统，还采用了一种叫做“超标量和超流水线结构”，大大增加了并行处理能力。RISC指令集是高性能CPU的发展方向。它与传统的CISC(复杂指令集)相对。相比而言，RISC的指令格式统一，种类比较少，寻址方式也比复杂指令集少。当然处理速度就提高很多了。目前在中高档服务器中普遍采用这一指令系统的CPU，特别是高档服务器全都采用RISC指令系统的CPU。RISC指令系统更加适合高档服务器的 *** 作系统UNIX，现在Linux也属于类似UNIX的 *** 作系统。RISC型CPU与Intel和AMD的CPU在软件和硬件上都不兼容。

目前，在中高档服务器中采用RISC指令的CPU主要有以下几类：PowerPC处理器、SPARC处理器、PA-RISC处理器、MIPS处理器、Alpha处理器。

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