io - 为什么不需要 CPU 来处理 I/O 请求？

Question

我正在学习操作系统，但有一个小概念我无法理解。假设进程 1 正在 CPU 上运行，然后它发出 I/O 请求以从磁盘读取数据。为了提高效率，CPU 在处理该请求时开始执行进程 2。这一切都有意义，但是 I/O 不需要使用 CPU 吗？

我的问题:为什么不需要 CPU 来处理进程 1 的请求？

Answer 1

这将有助于理解 I/O 在计算机体系结构中的 3 个重要方面的作用:中断、DMA 和硬件 Controller 。

当CPU向硬盘发出I/O请求时，硬盘有自己的专用芯片，称为设备(或硬件) Controller ，专门用于处理来自CPU的命令，例如从磁盘读取数据。最初这些是为 CPU 执行特定操作的简单芯片，但现代硬件 Controller 基本上是它们自己的微处理器，带有固件和所有东西，因此它们能够在没有主 CPU 帮助的情况下执行非常复杂的操作。当硬盘驱动器的 Controller 忙于执行请求时，主 CPU 可以自由地执行它希望执行的任何操作，例如执行示例中的进程 2。该 Controller 能够使用所谓的直接内存访问 (DMA) Controller 直接对系统 RAM 进行读写操作，DMA Controller 是一种特殊单元，可将数据从硬件 Controller 传输到主 RAM，而无需 CPU 执行任何操作。

当硬盘完成请求并且相关数据已通过DMA加载到RAM中时，它会发出中断请求，通知CPU数据已加载到RAM中。此时，CPU 可以将控制权转移回进程 1。因此，CPU 不需要对所有与 I/O 相关的任务进行微观管理。曾经是这种情况，但发明这些技巧(中断、DMA、特殊 Controller )是为了提高 CPU 性能并提高效率。