空閒時間

空閒時間這個術語在計算機科學中是指等待時間，這裏並沒有指出哪個部分的等待時間。因為在計算機中不同對象的空閒時間的含義是不相同的。例如CPU空閒時間是指PU等待I/O設備完成I/O請求的時間。進程的空閒時間是指進程等待服務的時間，為了減少進程的空閒時間，會採用不同的調度算法。在異步串行通信中，空閒時間是指一個字符結束和下一個字符開始的時間間隔，這個時間可以持續任意長，但要求傳送方必須使線路空閒狀態至少達到某一最小時間，通常所選定的最小時間就是傳輸一位所需的時間。 ^[1] 

CPU的空閒時間主要是因為CPU與於I/O設備運行速度不匹配造成的，在計算機中，CPU資源是十分寶貴的，要充分利用。一般是從利用CPU空閒時間和減少CPU空閒時間兩個方面來提出解決方案，常見的方法有多道程序、DMA和I/O通道。

多道程序設計技術是在計算機內存中同時存放幾道相互獨立的程序，使它們在管理程序控制下，相互穿插運行，兩個或兩個以上程序在計算機系統中同處於開始到結束之間的狀態,，這些程序共享計算機系統資源。與之相對應的是單道程序，即在計算機內存中只允許一個的程序運行。特徵1）多道：即計算機內存中同時存放幾道相互獨立的程序。2）宏觀上並行：同時進入系統的幾道程序都處於運行過程中，即它們先後開始了各自的運行，但都未運行完畢。3）微觀上串行：從微觀上看，內存中的多道程序輪流地或分時地佔有CPU。優點：1、提高CPU的利用率。在多道程序環境下，多個程序共享計算機資源當某個程序等待I/O操作時，CPU可以執行其他程序，大大提高CPU的利用率。2、提高設備的利用率。在多道程序環境下，多個程序共享系統的設備，大大提高系統設備的利用率。3、提高系統的吞吐量。在多道程序環境下，減少了程序的等待時間，提高了系統的吞吐量。

DMA(Direct Memory Access，直接內存存取) 是所有現代電腦的重要特色，它允許不同速度的硬件裝置來溝通，而不需要依賴於 CPU 的大量中斷負載。否則，CPU 需要從來源把每一片段的資料複製到暫存器，然後把它們再次寫回到新的地方。在這個時間中，CPU 對於其他的工作來説就無法使用。

DMA 傳輸將數據從一個地址空間複製到另外一個地址空間。當CPU 初始化這個傳輸動作，傳輸動作本身是由 DMA 控制器來實行和完成。典型的例子就是移動一個外部內存的區塊到芯片內部更快的內存區。像是這樣的操作並沒有讓處理器工作拖延，反而可以被重新排程去處理其他的工作。DMA 傳輸對於高效能 嵌入式系統算法和網絡是很重要的。

在實現DMA傳輸時，是由DMA控制器直接掌管總線，因此，存在着一個總線控制權轉移問題。即DMA傳輸前，CPU要把總線控制權交給DMA控制器，而在結束DMA傳輸後，DMA控制器應立即把總線控制權再交回給CPU。一個完整的DMA傳輸過程必須經過DMA請求、DMA響應、DMA傳輸、DMA結束4個步驟。

DMA技術的出現，使得外圍設備可以通過DMA控制器直接訪問內存，與此同時，CPU可以繼續執行程序．那麼DMA控制器與CPU怎樣分時使用內存呢?通常採用以下三種方法：(1)停止CPU訪內存；(2)週期挪用；(3)DMA與CPU交替訪問內存。

I/O 通道方式是 DMA 方式的發展， 它可進一步減少 CPU 的干預， 即把對一個數據塊的讀(或寫)為單位的干預減少為對一組數據塊的讀(或寫)及有關的控制和管理為單位的干預。同時，又可實現 CPU、通道和 I/O 設備三者的並行操作，從而更有效地提高整個系統的資源利用率。例如，當 CPU 要完成一組相關的讀(或寫)操作及有關控制時，只需向 I/O 通道發送一條 I/O 指令，以給出其所要執行的通道程序的首址和要訪問的 I/O 設備，通道接到該指令後，通過執行通道程序便可完成 CPU 指定的 I/O 任務。 ^[2]