# Computer-System Organization

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- [ ] polling IO 圖
- [ ] Interrupt IO 圖

## I/O 運作方式

### Polling I/O（詢問式 I/O）

* 定義：又稱 Busy Waiting I/O 或 Programmed I/O
* 步驟如下：~users~ ~process~ ~→~ ~kernel~ ~→~ ~kernel~ ~I/O~ ~subsystem~ ~→~ ~device~ ~driver~ ~→~ ~device~ ~controller~ ~→~ ~Device~
1. 執行中的 process 對 OS 發出 I/O request
2. 執行中的 process 會 blocked，wait for I/O complete ~（不一定）~
3. OS 取得 CPU 執行相關的 system call，以完成 I/O service
4. 即 CPU 會設定 I/O command 給 device controller
5. Device controller 控制 I/O device 進行 real I/O operation
6. CPU 可以切給其他 process 使用

> **CPU 並未全部用於 process execution 上**：在執行其他 process 的過程中確耗費大量的 CPU time 用來 polling I/O device controller 的資訊，以確認剛交付之 I/O 運作完成與否、有無 error 等
>
> 所以 **CPU utilization ，process throughput 不高**
>

### Interrupted I/O（中斷式 I/O）

* 步驟：
1~5 同前述 polling I/O

6. CPU 切給另一個 process 執行且 IO device 也正在執行 I/O 運作
7. 當 I/O 運作完成， I/O device controller 會發出 "I/O complete" interrupt 通知 OS ~（凡是通知~ ~OS~ ~的動作都叫~ ~interrupt）~
8. OS 收到 interrupt 後，會先暫停目前 process 的執行~（不一定，要看中斷優先權）~，保存其狀態
9. OS 會查詢 interrput table 來判定何種中斷發生，並找出對應 interrupt service routine（ISR，或 interrupt handler） 的位址
10. Jump to ISR
11. 待 ISR 完成後，return control to kernel，kernel 通知 wait process 其 I/O 完成
12. OS 恢復中斷之前的 process 執行（或交由 CPU scheduler 決定下一個執行的 process）

* 優點：
* CPＵ 無須耗費大量的時間用於 polling I/O device controller，而是**可專注用在 process execution 上**，所以 CPU utilization 較高，產能提昇，improve the system performance

* 缺點：
1. Interrupt 的處理也是必須耗費 CPU time 的~（查表、ISR~ ~執行~ ~等）~，若 I/O 運作時間不長，則 polling I/O 也許有利
2. 若 interrupt 發生的頻率極大頻繁，則 CPU utilization 會很低，system performance 會很差
3. ~（為~ ~DMA~ ~鋪路）~CPU 仍須用於 data 在 I/O device 與 memory 的傳輸，過程監督
> 所以 CPU time 此時未用在 process execution 上

### DMA

* 定義：DMA controller 負責 I/O device 與 memory 之間的資料傳輸，**其過程不須 CPU 參與監督**

* 優點：
1. CPU 有更多時間用於 process execution 上，CPU utilization 相對更高。此外，適用於高速 Block-Transfer oriented 的 IO device
## Interrupt 機制的處理程序與種類

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