[計(jì)算機(jī)硬件及網(wǎng)絡(luò)]第三章ppt課件

1、總線(xiàn)、中總線(xiàn)、中斷與輸入斷與輸入輸出系統(tǒng)輸出系統(tǒng)2021.52021.5第第 3 3 章章 總線(xiàn)、中斷與輸入輸出系統(tǒng)總線(xiàn)、中斷與輸入輸出系統(tǒng) 3.1 輸入輸出系統(tǒng)概述輸入輸出系統(tǒng)概述3.2 總線(xiàn)設(shè)計(jì)總線(xiàn)設(shè)計(jì) 3.3 中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng) 3.4 通道處理機(jī)通道處理機(jī)2021.5 輸入輸出系統(tǒng)包括輸入輸出設(shè)備、設(shè)備控制器及輸入輸出系統(tǒng)包括輸入輸出設(shè)備、設(shè)備控制器及與輸入輸出操作有關(guān)的軟硬件。與輸入輸出操作有關(guān)的軟硬件。 輸入輸出系統(tǒng)的主要功能是對(duì)指定的外設(shè)進(jìn)展輸輸入輸出系統(tǒng)的主要功能是對(duì)指定的外設(shè)進(jìn)展輸入、輸出操作，同時(shí)也完成許多其他的管理和控制。入、輸出操作，同時(shí)也完成許多其他的管理和控制。有的輸

2、入輸出系統(tǒng)還能對(duì)要傳送的信息進(jìn)展格式變換，有的輸入輸出系統(tǒng)還能對(duì)要傳送的信息進(jìn)展格式變換，形成和產(chǎn)生有關(guān)輸入輸出操作是否完成或在執(zhí)行過(guò)程形成和產(chǎn)生有關(guān)輸入輸出操作是否完成或在執(zhí)行過(guò)程中是否有錯(cuò)的狀態(tài)控制信息，經(jīng)中斷系統(tǒng)傳送給操作中是否有錯(cuò)的狀態(tài)控制信息，經(jīng)中斷系統(tǒng)傳送給操作系統(tǒng)去分析和處理。系統(tǒng)去分析和處理。 3.1 輸入輸出系統(tǒng)概述輸入輸出系統(tǒng)概述 輸入輸出系統(tǒng)的特點(diǎn)輸入輸出系統(tǒng)的特點(diǎn) 輸入輸出系統(tǒng)涉及到機(jī)、光、電、輸入輸出系統(tǒng)涉及到機(jī)、光、電、磁、聲、自動(dòng)控制等多種學(xué)科。磁、聲、自動(dòng)控制等多種學(xué)科。 用戶(hù)無(wú)需理解輸入輸出系統(tǒng)和輸用戶(hù)無(wú)需理解輸入輸出系統(tǒng)和輸入輸出設(shè)備的詳細(xì)細(xì)節(jié)就能使用輸入輸

3、出設(shè)入輸出設(shè)備的詳細(xì)細(xì)節(jié)就能使用輸入輸出設(shè)備。備。 處理機(jī)的外部世界包括：本地和處理機(jī)的外部世界包括：本地和遠(yuǎn)程用戶(hù)、系統(tǒng)操作員、操作控制臺(tái)、輸入遠(yuǎn)程用戶(hù)、系統(tǒng)操作員、操作控制臺(tái)、輸入輸出設(shè)備、輔助存儲(chǔ)器、其它處理機(jī)、各種輸出設(shè)備、輔助存儲(chǔ)器、其它處理機(jī)、各種通信設(shè)備和虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)等。通信設(shè)備和虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)等。2021.53.1 輸入輸出系統(tǒng)概述輸入輸出系統(tǒng)概述2021.5系統(tǒng)操作員處理機(jī)本地或遠(yuǎn)程用戶(hù)實(shí)時(shí)輸入輸出輸入輸出設(shè)備虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)其它處理機(jī)本身出錯(cuò)處理程序懇求3.1 輸入輸出系統(tǒng)概述輸入輸出系統(tǒng)概述1 1、異步性、異步性 輸入輸出設(shè)備通常不使用統(tǒng)一的中央輸入輸出設(shè)備通常不使用統(tǒng)一的中央

4、時(shí)鐘，各個(gè)設(shè)備按照自己的時(shí)鐘工作，但又要在時(shí)鐘，各個(gè)設(shè)備按照自己的時(shí)鐘工作，但又要在某些時(shí)刻承受處理機(jī)的控制。某些時(shí)刻承受處理機(jī)的控制。 處理機(jī)與外圍設(shè)備之間，外圍設(shè)備與外處理機(jī)與外圍設(shè)備之間，外圍設(shè)備與外圍設(shè)備之間可以并行工作。圍設(shè)備之間可以并行工作。2 2、實(shí)時(shí)性、實(shí)時(shí)性 對(duì)于一般外部設(shè)備：可能喪失數(shù)據(jù)，對(duì)于一般外部設(shè)備：可能喪失數(shù)據(jù)，或造成外圍設(shè)備工作的錯(cuò)誤?；蛟斐赏鈬O(shè)備工作的錯(cuò)誤。 對(duì)于實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，假如處理對(duì)于實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，假如處理機(jī)提供的效勞不及時(shí)，可能造成宏大的損失，甚機(jī)提供的效勞不及時(shí)，可能造成宏大的損失，甚至造成人身傷害。至造成人身傷害。2021.53.1 輸入

5、輸出系統(tǒng)概述輸入輸出系統(tǒng)概述 對(duì)于處理機(jī)本身的硬件或軟件錯(cuò)對(duì)于處理機(jī)本身的硬件或軟件錯(cuò)誤：如電源故障、數(shù)據(jù)校驗(yàn)錯(cuò)、頁(yè)面失效、誤：如電源故障、數(shù)據(jù)校驗(yàn)錯(cuò)、頁(yè)面失效、非法指令、地址越界等，處理機(jī)須及時(shí)處理。非法指令、地址越界等，處理機(jī)須及時(shí)處理。 對(duì)不同類(lèi)型的設(shè)備，必須具有與對(duì)不同類(lèi)型的設(shè)備，必須具有與設(shè)備相配合的多種工作方式。設(shè)備相配合的多種工作方式。3 3、與設(shè)備無(wú)關(guān)性、與設(shè)備無(wú)關(guān)性 獨(dú)立于詳細(xì)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口。例獨(dú)立于詳細(xì)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口。例如，串行接口、并行接口、如，串行接口、并行接口、SCSISCSISmall Small Computer System InterfaceComputer

6、System Interface接口等。接口等。2021.53.1 輸入輸出系統(tǒng)概述輸入輸出系統(tǒng)概述 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的使用者，在需要計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的使用者，在需要更換外圍設(shè)備時(shí)，各種不同型號(hào)，不同消費(fèi)更換外圍設(shè)備時(shí)，各種不同型號(hào)，不同消費(fèi)廠(chǎng)家的設(shè)備都可以直接通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口與計(jì)算廠(chǎng)家的設(shè)備都可以直接通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接。機(jī)系統(tǒng)連接。 處理機(jī)采用統(tǒng)一的硬件和軟件處理機(jī)采用統(tǒng)一的硬件和軟件對(duì)品種繁多的設(shè)備進(jìn)展管理。對(duì)品種繁多的設(shè)備進(jìn)展管理。 某些計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了即插某些計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了即插即用技術(shù)。即用技術(shù)。2021.53.1 輸入輸出系統(tǒng)概述輸入輸出系統(tǒng)概述輸入輸出系統(tǒng)的組織方式輸入輸出系統(tǒng)

7、的組織方式 針對(duì)異步性，采用自治控制的方法。針對(duì)異步性，采用自治控制的方法。 針對(duì)實(shí)時(shí)性，采用層次構(gòu)造的方法。針對(duì)實(shí)時(shí)性，采用層次構(gòu)造的方法。 針對(duì)與設(shè)備無(wú)關(guān)性，采用分類(lèi)處理方法。針對(duì)與設(shè)備無(wú)關(guān)性，采用分類(lèi)處理方法。1 1、自治控制、自治控制 輸入輸出系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立于處輸入輸出系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立于處理機(jī)之外的自治系統(tǒng)。理機(jī)之外的自治系統(tǒng)。 處理機(jī)與外圍設(shè)備之間要有恰處理機(jī)與外圍設(shè)備之間要有恰當(dāng)?shù)姆止?。?dāng)?shù)姆止ぁ?021.53.1 輸入輸出系統(tǒng)概述輸入輸出系統(tǒng)概述2 2、層次構(gòu)造、層次構(gòu)造 最靠近處理機(jī)的是輸入輸出處最靠近處理機(jī)的是輸入輸出處理機(jī)、輸入輸出通道等。理機(jī)、輸入輸出通道等。 中間層是標(biāo)準(zhǔn)

8、接口。中間層是標(biāo)準(zhǔn)接口。 標(biāo)準(zhǔn)接口通過(guò)設(shè)備控制器與輸標(biāo)準(zhǔn)接口通過(guò)設(shè)備控制器與輸入輸出設(shè)備相連接。入輸出設(shè)備相連接。 設(shè)備控制器控制外圍設(shè)備工作。設(shè)備控制器控制外圍設(shè)備工作。2021.53.1 輸入輸出系統(tǒng)概述輸入輸出系統(tǒng)概述3 3、分類(lèi)處理、分類(lèi)處理 為面向字符的設(shè)備為面向字符的設(shè)備character-oriented devicecharacter-oriented device；指工；指工作速度比較低的機(jī)電類(lèi)設(shè)備。例如，字作速度比較低的機(jī)電類(lèi)設(shè)備。例如，字符終端、打字機(jī)等。符終端、打字機(jī)等。 面向數(shù)據(jù)塊的設(shè)備主要指工作面向數(shù)據(jù)塊的設(shè)備主要指工作速度比較速度比較高的外圍設(shè)備；例如，磁盤(pán)、高的

9、外圍設(shè)備；例如，磁盤(pán)、磁帶、光盤(pán)的輔助存儲(chǔ)器，行式打印機(jī)磁帶、光盤(pán)的輔助存儲(chǔ)器，行式打印機(jī)等。等。2021.53.1 輸入輸出系統(tǒng)概述輸入輸出系統(tǒng)概述2021.5 輸入輸出系統(tǒng)的開(kāi)展經(jīng)歷了輸入輸出系統(tǒng)的開(kāi)展經(jīng)歷了 3 個(gè)階段，對(duì)個(gè)階段，對(duì)應(yīng)于應(yīng)于 3 種方式，即種方式，即程序控制輸入輸出程序控制輸入輸出包括包括全軟的、程序查詢(xún)狀態(tài)驅(qū)動(dòng)的、中斷驅(qū)動(dòng)的全軟的、程序查詢(xún)狀態(tài)驅(qū)動(dòng)的、中斷驅(qū)動(dòng)的幾種幾種、直接存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)、直接存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)DMA和和I/O處處理機(jī)方式。理機(jī)方式。這這 3 種方式可以分別用在不同的種方式可以分別用在不同的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上，也可以用在同一個(gè)計(jì)算機(jī)系計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上，也可以用在同一個(gè)計(jì)算機(jī)

10、系統(tǒng)上作為互相補(bǔ)充。統(tǒng)上作為互相補(bǔ)充。 3.1 輸入輸出系統(tǒng)概述輸入輸出系統(tǒng)概述2021.5 就允許信息傳送的方向來(lái)說(shuō)，總線(xiàn)可以有單向就允許信息傳送的方向來(lái)說(shuō)，總線(xiàn)可以有單向傳輸和雙向傳輸兩種。雙向傳輸又有半雙向和全雙傳輸和雙向傳輸兩種。雙向傳輸又有半雙向和全雙向的不同。前者雖可以沿相反的方向傳送，但同一向的不同。前者雖可以沿相反的方向傳送，但同一時(shí)刻只能向其中的一個(gè)方向傳送。后者允許同時(shí)在時(shí)刻只能向其中的一個(gè)方向傳送。后者允許同時(shí)在兩個(gè)方向傳送。全雙向的速度快，但造價(jià)高，構(gòu)造兩個(gè)方向傳送。全雙向的速度快，但造價(jià)高，構(gòu)造復(fù)雜。復(fù)雜。 總線(xiàn)按其用法可以分成專(zhuān)用的和非專(zhuān)用的?？偩€(xiàn)按其用法可以分成專(zhuān)

11、用的和非專(zhuān)用的。 3.2.1 總線(xiàn)的類(lèi)型總線(xiàn)的類(lèi)型 3.2 總線(xiàn)設(shè)計(jì)總線(xiàn)設(shè)計(jì)2021.5圖圖 3.1 所有部件之間用專(zhuān)用總線(xiàn)互連所有部件之間用專(zhuān)用總線(xiàn)互連 3.2 總線(xiàn)設(shè)計(jì)總線(xiàn)設(shè)計(jì)2021.53.2.2 總線(xiàn)的控制方式總線(xiàn)的控制方式 當(dāng)采用非專(zhuān)用總線(xiàn)時(shí)，由于可能發(fā)生多個(gè)設(shè)備或當(dāng)采用非專(zhuān)用總線(xiàn)時(shí)，由于可能發(fā)生多個(gè)設(shè)備或部件同時(shí)申請(qǐng)使用總線(xiàn)，就得有總線(xiàn)控制機(jī)構(gòu)來(lái)按照部件同時(shí)申請(qǐng)使用總線(xiàn)，就得有總線(xiàn)控制機(jī)構(gòu)來(lái)按照某種優(yōu)先次序裁決，保證在同一時(shí)間內(nèi)只能有一個(gè)高某種優(yōu)先次序裁決，保證在同一時(shí)間內(nèi)只能有一個(gè)高優(yōu)先級(jí)的申請(qǐng)者獲得對(duì)總線(xiàn)的使用權(quán)。優(yōu)先級(jí)的申請(qǐng)者獲得對(duì)總線(xiàn)的使用權(quán)。 假如總線(xiàn)控制邏輯根本上集中放

12、在一起，不管是假如總線(xiàn)控制邏輯根本上集中放在一起，不管是放在連接到總線(xiàn)的一個(gè)部件中，還是放在單獨(dú)的硬件放在連接到總線(xiàn)的一個(gè)部件中，還是放在單獨(dú)的硬件中，都稱(chēng)為集中式控制。而當(dāng)總線(xiàn)控制邏輯分散于連中，都稱(chēng)為集中式控制。而當(dāng)總線(xiàn)控制邏輯分散于連到總線(xiàn)的各個(gè)部件中時(shí)，就稱(chēng)為分布式總線(xiàn)控制。到總線(xiàn)的各個(gè)部件中時(shí)，就稱(chēng)為分布式總線(xiàn)控制。 這這里只講集中式總線(xiàn)控制。里只講集中式總線(xiàn)控制。 3.2 總線(xiàn)設(shè)計(jì)總線(xiàn)設(shè)計(jì)1 1鏈?zhǔn)讲樵?xún)方式鏈?zhǔn)讲樵?xún)方式 鏈?zhǔn)讲樵?xún)方式的總線(xiàn)控制器使鏈?zhǔn)讲樵?xún)方式的總線(xiàn)控制器使用三根控制線(xiàn)與所有部件和設(shè)備相連：用三根控制線(xiàn)與所有部件和設(shè)備相連： 總線(xiàn)懇求總線(xiàn)懇求BRBR：該線(xiàn)有效，表：該

13、線(xiàn)有效，表示至少有一個(gè)部件或設(shè)備要求使用總線(xiàn)。示至少有一個(gè)部件或設(shè)備要求使用總線(xiàn)。 總線(xiàn)忙總線(xiàn)忙BSBS：該線(xiàn)有效，表示：該線(xiàn)有效，表示總線(xiàn)正在被某部件或設(shè)備使用?？偩€(xiàn)正在被某部件或設(shè)備使用。 總線(xiàn)批準(zhǔn)總線(xiàn)批準(zhǔn)BGBG：該線(xiàn)有效，表：該線(xiàn)有效，表示總線(xiàn)控制器響應(yīng)總線(xiàn)懇求。示總線(xiàn)控制器響應(yīng)總線(xiàn)懇求。2021.53.2 總線(xiàn)設(shè)計(jì)總線(xiàn)設(shè)計(jì)2021.5圖圖 3.2 集中式串行鏈接集中式串行鏈接 3.2 總線(xiàn)設(shè)計(jì)總線(xiàn)設(shè)計(jì)鏈?zhǔn)讲樵?xún)的優(yōu)點(diǎn)是只用鏈?zhǔn)讲樵?xún)的優(yōu)點(diǎn)是只用3 3根線(xiàn)就能按一根線(xiàn)就能按一定的優(yōu)先次序來(lái)實(shí)現(xiàn)總線(xiàn)控制，并很容易定的優(yōu)先次序來(lái)實(shí)現(xiàn)總線(xiàn)控制，并很容易擴(kuò)大。缺點(diǎn)是對(duì)查詢(xún)鏈的故障很敏感，假擴(kuò)大。缺

14、點(diǎn)是對(duì)查詢(xún)鏈的故障很敏感，假如第如第i i個(gè)部件中的查詢(xún)鏈電路有故障，那么個(gè)部件中的查詢(xún)鏈電路有故障，那么第第i i個(gè)以后的部件都不能工作。另外，因?yàn)閭€(gè)以后的部件都不能工作。另外，因?yàn)椴樵?xún)的優(yōu)先級(jí)是固定的，所以當(dāng)優(yōu)先級(jí)較查詢(xún)的優(yōu)先級(jí)是固定的，所以當(dāng)優(yōu)先級(jí)較高的部件出現(xiàn)頻繁的總線(xiàn)懇求時(shí)，優(yōu)先級(jí)高的部件出現(xiàn)頻繁的總線(xiàn)懇求時(shí)，優(yōu)先級(jí)較低的部件就可能會(huì)難以得到響應(yīng)。較低的部件就可能會(huì)難以得到響應(yīng)。 2021.53.2 總線(xiàn)設(shè)計(jì)總線(xiàn)設(shè)計(jì)2 2計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢(xún)方式計(jì)數(shù)器定時(shí)查詢(xún)方式 計(jì)數(shù)定時(shí)查詢(xún)方式的總線(xiàn)上的計(jì)數(shù)定時(shí)查詢(xún)方式的總線(xiàn)上的每個(gè)部件可以通過(guò)公共的每個(gè)部件可以通過(guò)公共的BR BR 線(xiàn)發(fā)出懇求，線(xiàn)發(fā)出

15、懇求，總線(xiàn)控制器收到懇求之后，在總線(xiàn)控制器收到懇求之后，在BSBS為為“0 0的的情況下，情況下， 讓計(jì)數(shù)器開(kāi)場(chǎng)計(jì)數(shù)，定時(shí)地查詢(xún)讓計(jì)數(shù)器開(kāi)場(chǎng)計(jì)數(shù)，定時(shí)地查詢(xún)各個(gè)部件以確定是誰(shuí)發(fā)出的懇求。當(dāng)查詢(xún)各個(gè)部件以確定是誰(shuí)發(fā)出的懇求。當(dāng)查詢(xún)線(xiàn)上的計(jì)數(shù)值與發(fā)出懇求的部件號(hào)一致時(shí)，線(xiàn)上的計(jì)數(shù)值與發(fā)出懇求的部件號(hào)一致時(shí)，該部件就使該部件就使BSBS線(xiàn)置線(xiàn)置“1 1，獲得了總線(xiàn)使用，獲得了總線(xiàn)使用權(quán)，并中止計(jì)數(shù)查詢(xún)，直至該部件完成數(shù)權(quán)，并中止計(jì)數(shù)查詢(xún)，直至該部件完成數(shù)據(jù)傳送之后，撤消據(jù)傳送之后，撤消BSBS信號(hào)。信號(hào)。 2021.53.2 總線(xiàn)設(shè)計(jì)總線(xiàn)設(shè)計(jì)2021.5圖圖 3.3 集中式定時(shí)查詢(xún)集中式定時(shí)查詢(xún) 3

16、.2 總線(xiàn)設(shè)計(jì)總線(xiàn)設(shè)計(jì)這種計(jì)數(shù)可以從這種計(jì)數(shù)可以從“0 0開(kāi)場(chǎng)，也可以從開(kāi)場(chǎng)，也可以從中止點(diǎn)開(kāi)場(chǎng)。假如從中止點(diǎn)開(kāi)場(chǎng)。假如從“0 0開(kāi)場(chǎng)，各部件的開(kāi)場(chǎng)，各部件的優(yōu)先次序和鏈?zhǔn)讲樵?xún)方式一樣，優(yōu)先級(jí)的優(yōu)先次序和鏈?zhǔn)讲樵?xún)方式一樣，優(yōu)先級(jí)的次序是固定的。假如從中止點(diǎn)開(kāi)場(chǎng)，即為次序是固定的。假如從中止點(diǎn)開(kāi)場(chǎng)，即為循環(huán)優(yōu)先級(jí)，各個(gè)部件使用總線(xiàn)的級(jí)別將循環(huán)優(yōu)先級(jí)，各個(gè)部件使用總線(xiàn)的級(jí)別將相等。計(jì)數(shù)器的初始值還可以由程序來(lái)設(shè)相等。計(jì)數(shù)器的初始值還可以由程序來(lái)設(shè)置，這就可以方便地改變優(yōu)先次序，增加置，這就可以方便地改變優(yōu)先次序，增加系統(tǒng)的靈敏性。定時(shí)查詢(xún)方式的控制線(xiàn)數(shù)系統(tǒng)的靈敏性。定時(shí)查詢(xún)方式的控制線(xiàn)數(shù)較多，對(duì)于

17、較多，對(duì)于n n個(gè)部件，共需個(gè)部件，共需2 2 根根線(xiàn)。線(xiàn)。 2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院n2log3.2 總線(xiàn)設(shè)計(jì)總線(xiàn)設(shè)計(jì)3 3獨(dú)立懇求方式獨(dú)立懇求方式 在獨(dú)立懇求方式中，在獨(dú)立懇求方式中， 每一個(gè)共享總線(xiàn)每一個(gè)共享總線(xiàn)的部件均有一對(duì)控制線(xiàn)：總線(xiàn)懇求的部件均有一對(duì)控制線(xiàn)：總線(xiàn)懇求BRiBRi和總線(xiàn)批準(zhǔn)和總線(xiàn)批準(zhǔn)BGiBGi。當(dāng)某個(gè)部件懇求使用總線(xiàn)時(shí)，便發(fā)出。當(dāng)某個(gè)部件懇求使用總線(xiàn)時(shí)，便發(fā)出BRiBRi，總線(xiàn)控制器中有一排隊(duì)電路，根據(jù)一定的優(yōu)先次總線(xiàn)控制器中有一排隊(duì)電路，根據(jù)一定的優(yōu)先次序決定首先響應(yīng)哪個(gè)部件的懇求序決定首先響應(yīng)哪個(gè)部件的懇求BRiBRi，然后給該部

18、，然后給該部件送回批準(zhǔn)信號(hào)件送回批準(zhǔn)信號(hào)BGiBGi。 獨(dú)立懇求方式的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間快，獨(dú)立懇求方式的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間快，然而這是以增加控制線(xiàn)數(shù)和硬件電路為代價(jià)的。然而這是以增加控制線(xiàn)數(shù)和硬件電路為代價(jià)的。對(duì)于對(duì)于n n個(gè)部件，控制線(xiàn)的數(shù)目將達(dá)個(gè)部件，控制線(xiàn)的數(shù)目將達(dá)2 2n n1 1根。根。 此方此方式對(duì)優(yōu)先次序的控制也是相當(dāng)靈敏的，它可以預(yù)式對(duì)優(yōu)先次序的控制也是相當(dāng)靈敏的，它可以預(yù)先固定，也可以通過(guò)程序來(lái)改變優(yōu)先次序。先固定，也可以通過(guò)程序來(lái)改變優(yōu)先次序。2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院3.2 總線(xiàn)設(shè)計(jì)總線(xiàn)設(shè)計(jì)2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院圖

19、圖 3.4 集中式獨(dú)立懇求集中式獨(dú)立懇求 3.2 總線(xiàn)設(shè)計(jì)總線(xiàn)設(shè)計(jì)分布仲裁方式不需要中央仲裁器，即總分布仲裁方式不需要中央仲裁器，即總線(xiàn)控制邏輯分散在連接于總線(xiàn)上的各個(gè)部線(xiàn)控制邏輯分散在連接于總線(xiàn)上的各個(gè)部件或設(shè)備中。連接到總線(xiàn)上的主方可以啟件或設(shè)備中。連接到總線(xiàn)上的主方可以啟動(dòng)一個(gè)總線(xiàn)周期，而從方只能響應(yīng)主方的動(dòng)一個(gè)總線(xiàn)周期，而從方只能響應(yīng)主方的懇求。每次總線(xiàn)操作，只能有一個(gè)主方占懇求。每次總線(xiàn)操作，只能有一個(gè)主方占用總線(xiàn)控制權(quán)，但同一時(shí)間里可以有一個(gè)用總線(xiàn)控制權(quán)，但同一時(shí)間里可以有一個(gè)或多個(gè)從方。對(duì)多個(gè)主設(shè)備提出的占用總或多個(gè)從方。對(duì)多個(gè)主設(shè)備提出的占用總線(xiàn)懇求，一般采用優(yōu)先級(jí)或公平策略進(jìn)

20、展線(xiàn)懇求，一般采用優(yōu)先級(jí)或公平策略進(jìn)展仲裁。仲裁。 2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院3.2 總線(xiàn)設(shè)計(jì)總線(xiàn)設(shè)計(jì)2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院3.2.3 總線(xiàn)的通信技術(shù)總線(xiàn)的通信技術(shù) 1. 同步通信同步通信 同步通信時(shí)，兩個(gè)部件之間的信息傳送是通過(guò)同步通信時(shí)，兩個(gè)部件之間的信息傳送是通過(guò)定寬、定距的系統(tǒng)時(shí)標(biāo)進(jìn)展同步的。這種方式的信定寬、定距的系統(tǒng)時(shí)標(biāo)進(jìn)展同步的。這種方式的信息傳送速率高，受總線(xiàn)的長(zhǎng)度影響小，但會(huì)因時(shí)鐘息傳送速率高，受總線(xiàn)的長(zhǎng)度影響小，但會(huì)因時(shí)鐘在總線(xiàn)上的時(shí)滯而造成同步誤差，且時(shí)鐘線(xiàn)上的干在總線(xiàn)上的時(shí)滯而造成同步誤差，且時(shí)鐘線(xiàn)上的干擾

21、信號(hào)易引起誤同步。擾信號(hào)易引起誤同步。 3.2 總線(xiàn)設(shè)計(jì)總線(xiàn)設(shè)計(jì)2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院 為了進(jìn)步可靠性，要求目的部件對(duì)數(shù)據(jù)是否已為了進(jìn)步可靠性，要求目的部件對(duì)數(shù)據(jù)是否已被接收以及是否正確均能給以答復(fù)。假如同步時(shí)間被接收以及是否正確均能給以答復(fù)。假如同步時(shí)間片的寬度寬到能為每個(gè)字的傳送作出答復(fù)，那么它片的寬度寬到能為每個(gè)字的傳送作出答復(fù)，那么它必須按接到總線(xiàn)上的最低速的部件來(lái)考慮，這就會(huì)必須按接到總線(xiàn)上的最低速的部件來(lái)考慮，這就會(huì)使同步通信的數(shù)據(jù)傳送速率低于后面講的異步通信。使同步通信的數(shù)據(jù)傳送速率低于后面講的異步通信。一種解決方法是在正常時(shí)，目的部件不作答復(fù)，

22、源一種解決方法是在正常時(shí)，目的部件不作答復(fù)，源部件也不等待答復(fù)信號(hào)，但假如發(fā)生錯(cuò)誤，那么目部件也不等待答復(fù)信號(hào)，但假如發(fā)生錯(cuò)誤，那么目的部件將在同步時(shí)間片過(guò)去之后，發(fā)回源部件一個(gè)的部件將在同步時(shí)間片過(guò)去之后，發(fā)回源部件一個(gè)出錯(cuò)信號(hào)，這樣，就不會(huì)降低正常時(shí)總線(xiàn)的傳送速出錯(cuò)信號(hào)，這樣，就不會(huì)降低正常時(shí)總線(xiàn)的傳送速率。但是這種方法中，源部件必須設(shè)置較大容量的率。但是這種方法中，源部件必須設(shè)置較大容量的緩沖器來(lái)保存已傳送，但未經(jīng)證實(shí)和答復(fù)過(guò)的所有緩沖器來(lái)保存已傳送，但未經(jīng)證實(shí)和答復(fù)過(guò)的所有數(shù)據(jù)，以備重發(fā)之用。數(shù)據(jù)，以備重發(fā)之用。 3.2 總線(xiàn)設(shè)計(jì)總線(xiàn)設(shè)計(jì)2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院

23、算機(jī)學(xué)院 2. 異步通信異步通信 由于由于I/O總線(xiàn)一般是為具有不同速度的許多總線(xiàn)一般是為具有不同速度的許多I/O設(shè)備所共享，因此宜于采用異步通信。異步通信又設(shè)備所共享，因此宜于采用異步通信。異步通信又可分為單向控制和雙向可分為單向控制和雙向懇求懇求/答復(fù)答復(fù)控制兩種?？刂苾煞N。 單向控制指的是通信過(guò)程只由目的或源部件中單向控制指的是通信過(guò)程只由目的或源部件中的一個(gè)控制。而雙向控制是由源和目的雙方共同控的一個(gè)控制。而雙向控制是由源和目的雙方共同控制。單向控制又有源控制和目的控制兩種。制。單向控制又有源控制和目的控制兩種。 3.2 總線(xiàn)設(shè)計(jì)總線(xiàn)設(shè)計(jì)2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院

24、算機(jī)學(xué)院圖圖 3.5 異步單向控制通信異步單向控制通信 3.2 總線(xiàn)設(shè)計(jì)總線(xiàn)設(shè)計(jì)2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院圖圖 3.6 源控式異步雙向控制通信源控式異步雙向控制通信 3.2 總線(xiàn)設(shè)計(jì)總線(xiàn)設(shè)計(jì)2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院3.2.4 數(shù)據(jù)寬度與總線(xiàn)線(xiàn)數(shù)數(shù)據(jù)寬度與總線(xiàn)線(xiàn)數(shù) 1. 數(shù)據(jù)寬度數(shù)據(jù)寬度 我們這里所講的我們這里所講的“數(shù)據(jù)寬度數(shù)據(jù)寬度指的是指的是I/O設(shè)備獲設(shè)備獲得得I/O總線(xiàn)使用權(quán)后所傳送數(shù)據(jù)的總量。傳送完后就總線(xiàn)使用權(quán)后所傳送數(shù)據(jù)的總量。傳送完后就釋放總線(xiàn)，重新開(kāi)場(chǎng)分配總線(xiàn)。所以，它不同于前面釋放總線(xiàn)，重新開(kāi)場(chǎng)分配總線(xiàn)。所以，它不

25、同于前面講過(guò)的數(shù)據(jù)通路寬度。數(shù)據(jù)通路寬度指的是數(shù)據(jù)傳送講過(guò)的數(shù)據(jù)通路寬度。數(shù)據(jù)通路寬度指的是數(shù)據(jù)傳送的物理寬度，即一個(gè)時(shí)鐘周期所傳送的信息量，它直的物理寬度，即一個(gè)時(shí)鐘周期所傳送的信息量，它直接取決于數(shù)據(jù)總線(xiàn)的線(xiàn)數(shù)。二次分配總線(xiàn)之間所傳送接取決于數(shù)據(jù)總線(xiàn)的線(xiàn)數(shù)。二次分配總線(xiàn)之間所傳送的數(shù)據(jù)寬度可能要經(jīng)許多個(gè)時(shí)鐘周期的分次傳送來(lái)完的數(shù)據(jù)寬度可能要經(jīng)許多個(gè)時(shí)鐘周期的分次傳送來(lái)完成。采用何種數(shù)據(jù)寬度與總線(xiàn)上各設(shè)備的工作特點(diǎn)、成。采用何種數(shù)據(jù)寬度與總線(xiàn)上各設(shè)備的工作特點(diǎn)、所采用的總線(xiàn)控制方式和通信技術(shù)有關(guān)。數(shù)據(jù)寬度的所采用的總線(xiàn)控制方式和通信技術(shù)有關(guān)。數(shù)據(jù)寬度的種類(lèi)有單字種類(lèi)有單字或單字節(jié)或單字節(jié)、定

26、長(zhǎng)塊、可變長(zhǎng)塊、單字、定長(zhǎng)塊、可變長(zhǎng)塊、單字加定長(zhǎng)塊和單字加可變長(zhǎng)塊等。加定長(zhǎng)塊和單字加可變長(zhǎng)塊等。 3.2 總線(xiàn)設(shè)計(jì)總線(xiàn)設(shè)計(jì)2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院 2. 總線(xiàn)的線(xiàn)數(shù)總線(xiàn)的線(xiàn)數(shù) 總線(xiàn)需要有發(fā)送電路、接收電路、傳輸導(dǎo)線(xiàn)或總線(xiàn)需要有發(fā)送電路、接收電路、傳輸導(dǎo)線(xiàn)或電纜、轉(zhuǎn)接插頭和電源等，這部分比起邏輯線(xiàn)路的電纜、轉(zhuǎn)接插頭和電源等，這部分比起邏輯線(xiàn)路的本錢(qián)高得多，而且轉(zhuǎn)接器往往占系統(tǒng)物理空間的相本錢(qián)高得多，而且轉(zhuǎn)接器往往占系統(tǒng)物理空間的相當(dāng)部分，是降低系統(tǒng)可靠性的主要部分?？偩€(xiàn)的線(xiàn)當(dāng)部分，是降低系統(tǒng)可靠性的主要部分?？偩€(xiàn)的線(xiàn)數(shù)越多，本錢(qián)越高、干擾越大、可靠性越低、占用

27、數(shù)越多，本錢(qián)越高、干擾越大、可靠性越低、占用的空間也越大，當(dāng)然傳送速度和流量也越高。的空間也越大，當(dāng)然傳送速度和流量也越高。 此外，此外，總線(xiàn)的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，本錢(qián)越高，干擾越大，波形畸變總線(xiàn)的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，本錢(qián)越高，干擾越大，波形畸變?cè)絿?yán)重，可靠性越低。為此，越是長(zhǎng)的總線(xiàn)，其線(xiàn)越嚴(yán)重，可靠性越低。為此，越是長(zhǎng)的總線(xiàn)，其線(xiàn)數(shù)就應(yīng)盡可能減少。數(shù)據(jù)總線(xiàn)的寬度有一位、一個(gè)數(shù)就應(yīng)盡可能減少。數(shù)據(jù)總線(xiàn)的寬度有一位、一個(gè)字節(jié)或一個(gè)全字等等。字節(jié)或一個(gè)全字等等。 3.2 總線(xiàn)設(shè)計(jì)總線(xiàn)設(shè)計(jì)2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院 在滿(mǎn)足性能要求以及所用通信類(lèi)型和在滿(mǎn)足性能要求以及所用通信類(lèi)型和速率適配的

28、情況下，應(yīng)盡量減少總線(xiàn)的線(xiàn)速率適配的情況下，應(yīng)盡量減少總線(xiàn)的線(xiàn)數(shù)。通過(guò)采用線(xiàn)的組合、并數(shù)。通過(guò)采用線(xiàn)的組合、并/串串串串/并轉(zhuǎn)換并轉(zhuǎn)換和編碼可以減少總線(xiàn)的線(xiàn)數(shù)，但這通常會(huì)和編碼可以減少總線(xiàn)的線(xiàn)數(shù)，但這通常會(huì)降低總線(xiàn)的流量。降低總線(xiàn)的流量。3.2 總線(xiàn)設(shè)計(jì)總線(xiàn)設(shè)計(jì)2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院1總線(xiàn)寬度總線(xiàn)寬度總線(xiàn)寬度指的是總線(xiàn)的線(xiàn)數(shù)，它決定了總線(xiàn)所占的總線(xiàn)寬度指的是總線(xiàn)的線(xiàn)數(shù)，它決定了總線(xiàn)所占的物理空間和本錢(qián)。對(duì)總線(xiàn)寬度最直接的影響是地址線(xiàn)和數(shù)物理空間和本錢(qián)。對(duì)總線(xiàn)寬度最直接的影響是地址線(xiàn)和數(shù)據(jù)線(xiàn)的數(shù)量。主存空間和據(jù)線(xiàn)的數(shù)量。主存空間和I/O空間的擴(kuò)大使地址線(xiàn)數(shù)量的空

29、間的擴(kuò)大使地址線(xiàn)數(shù)量的增加，并行傳輸要求有足夠的數(shù)據(jù)線(xiàn)。如增加，并行傳輸要求有足夠的數(shù)據(jù)線(xiàn)。如64位數(shù)據(jù)線(xiàn)和位數(shù)據(jù)線(xiàn)和64位地址線(xiàn)在高檔微機(jī)中已較為普遍，在大型高性能計(jì)算機(jī)位地址線(xiàn)在高檔微機(jī)中已較為普遍，在大型高性能計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)線(xiàn)和地址線(xiàn)更多。中數(shù)據(jù)線(xiàn)和地址線(xiàn)更多。例例1：使用：使用ISA總線(xiàn)總線(xiàn)20位地址線(xiàn)允許尋址的主存位地址線(xiàn)允許尋址的主存空間有多大？使用空間有多大？使用PCI總線(xiàn)總線(xiàn)32位地址線(xiàn)允許尋址的主位地址線(xiàn)允許尋址的主存空間又有多大？存空間又有多大？解：解：ISA總線(xiàn)的主存空間總線(xiàn)的主存空間=220個(gè)主存單元個(gè)主存單元=1M個(gè)主個(gè)主存單元存單元PCI總線(xiàn)的主存空間總線(xiàn)的主存空間=

30、232個(gè)主存單元個(gè)主存單元=4G個(gè)主存單元個(gè)主存單元3.2.5 總線(xiàn)的性能指標(biāo)總線(xiàn)的性能指標(biāo)3.2 總線(xiàn)設(shè)計(jì)總線(xiàn)設(shè)計(jì)2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院2總線(xiàn)帶寬總線(xiàn)帶寬總線(xiàn)帶寬定義為總線(xiàn)的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，即每秒總線(xiàn)帶寬定義為總線(xiàn)的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，即每秒傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)。在同步通信中，總線(xiàn)的帶寬與總線(xiàn)時(shí)鐘密傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)。在同步通信中，總線(xiàn)的帶寬與總線(xiàn)時(shí)鐘密不可分，總線(xiàn)時(shí)鐘頻率的上下決定了總線(xiàn)帶寬的大小。不可分，總線(xiàn)時(shí)鐘頻率的上下決定了總線(xiàn)帶寬的大小?？偩€(xiàn)帶寬總線(xiàn)帶寬=總線(xiàn)寬度總線(xiàn)寬度總線(xiàn)頻率總線(xiàn)頻率總線(xiàn)的實(shí)際帶寬還會(huì)受到總線(xiàn)長(zhǎng)度總線(xiàn)延遲、總線(xiàn)的實(shí)際帶寬還會(huì)受到總線(xiàn)長(zhǎng)度總線(xiàn)延

31、遲、總線(xiàn)負(fù)載、總線(xiàn)收發(fā)器性能等多方面因素的影響?？偩€(xiàn)負(fù)載、總線(xiàn)收發(fā)器性能等多方面因素的影響。例例2：PCI總線(xiàn)的時(shí)鐘頻率為總線(xiàn)的時(shí)鐘頻率為33MHz/66MHz，當(dāng)該，當(dāng)該總線(xiàn)進(jìn)展總線(xiàn)進(jìn)展32/64位數(shù)據(jù)傳送時(shí)，總線(xiàn)帶寬各是多少？位數(shù)據(jù)傳送時(shí)，總線(xiàn)帶寬各是多少？解：假設(shè)一個(gè)總線(xiàn)時(shí)鐘周期解：假設(shè)一個(gè)總線(xiàn)時(shí)鐘周期T完成一個(gè)數(shù)據(jù)的傳送，時(shí)鐘完成一個(gè)數(shù)據(jù)的傳送，時(shí)鐘頻率為頻率為f，數(shù)據(jù)位為，數(shù)據(jù)位為n，總線(xiàn)帶寬用，總線(xiàn)帶寬用Dr表示，那么表示，那么Dr= = 。假設(shè)假設(shè)f=33MHz=33106/s，n=32位，根據(jù)定義可得位，根據(jù)定義可得Dr=433106/s=132MB/sTn88fn3.2 總線(xiàn)

32、設(shè)計(jì)總線(xiàn)設(shè)計(jì)2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院例例3：假設(shè)某系統(tǒng)總線(xiàn)在一個(gè)總線(xiàn)周期中：假設(shè)某系統(tǒng)總線(xiàn)在一個(gè)總線(xiàn)周期中并行傳輸并行傳輸4字節(jié)信息，一個(gè)總線(xiàn)周期占用字節(jié)信息，一個(gè)總線(xiàn)周期占用2個(gè)時(shí)個(gè)時(shí)鐘周期，總線(xiàn)時(shí)鐘頻率為鐘周期，總線(xiàn)時(shí)鐘頻率為10MHz，求總線(xiàn)帶寬。，求總線(xiàn)帶寬。解：因?yàn)橐粋€(gè)總線(xiàn)周期占用解：因?yàn)橐粋€(gè)總線(xiàn)周期占用2個(gè)時(shí)鐘周期，個(gè)時(shí)鐘周期，完成一個(gè)完成一個(gè)32位數(shù)據(jù)的傳送。總線(xiàn)時(shí)鐘頻率位數(shù)據(jù)的傳送?？偩€(xiàn)時(shí)鐘頻率f=10MHz，時(shí)鐘周期，時(shí)鐘周期T=1/f=0.1s，總線(xiàn)周期，總線(xiàn)周期=2T=0.2s。一個(gè)總線(xiàn)周期中并行傳輸。一個(gè)總線(xiàn)周期中并行傳輸4字節(jié)信字節(jié)信息

33、，那么總線(xiàn)帶寬是息，那么總線(xiàn)帶寬是40.2=20MB/s。 3.2 總線(xiàn)設(shè)計(jì)總線(xiàn)設(shè)計(jì)2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院3總線(xiàn)負(fù)載總線(xiàn)負(fù)載總線(xiàn)負(fù)載是指連接在總線(xiàn)上的最大設(shè)備數(shù)總線(xiàn)負(fù)載是指連接在總線(xiàn)上的最大設(shè)備數(shù)量。大多數(shù)總線(xiàn)的負(fù)載才能是有限的。量。大多數(shù)總線(xiàn)的負(fù)載才能是有限的。4總線(xiàn)復(fù)用總線(xiàn)復(fù)用總線(xiàn)分時(shí)復(fù)用是指在不同時(shí)段利用總線(xiàn)上總線(xiàn)分時(shí)復(fù)用是指在不同時(shí)段利用總線(xiàn)上同一個(gè)信號(hào)線(xiàn)傳送不同信號(hào)，例如地址總線(xiàn)和同一個(gè)信號(hào)線(xiàn)傳送不同信號(hào)，例如地址總線(xiàn)和數(shù)據(jù)總線(xiàn)共用一組信號(hào)線(xiàn)。采用這種方式的目數(shù)據(jù)總線(xiàn)共用一組信號(hào)線(xiàn)。采用這種方式的目的是減少總線(xiàn)數(shù)量，進(jìn)步總線(xiàn)的利用率。的是減少總線(xiàn)數(shù)量

34、，進(jìn)步總線(xiàn)的利用率。5總線(xiàn)猝發(fā)傳輸總線(xiàn)猝發(fā)傳輸猝發(fā)式數(shù)據(jù)傳輸是一種總線(xiàn)傳輸方式，即猝發(fā)式數(shù)據(jù)傳輸是一種總線(xiàn)傳輸方式，即在一個(gè)總線(xiàn)周期中可以傳輸存儲(chǔ)地址連續(xù)的多在一個(gè)總線(xiàn)周期中可以傳輸存儲(chǔ)地址連續(xù)的多個(gè)數(shù)據(jù)。個(gè)數(shù)據(jù)。3.2 總線(xiàn)設(shè)計(jì)總線(xiàn)設(shè)計(jì)2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院3.3.1 中斷的分類(lèi)和分級(jí)中斷的分類(lèi)和分級(jí) 引起中斷的各種事件稱(chēng)為中斷源。中斷源向中斷引起中斷的各種事件稱(chēng)為中斷源。中斷源向中斷系統(tǒng)發(fā)出懇求中斷的申請(qǐng)，稱(chēng)為中斷懇求。同時(shí)可能系統(tǒng)發(fā)出懇求中斷的申請(qǐng)，稱(chēng)為中斷懇求。同時(shí)可能有多個(gè)中斷懇求，這時(shí)中斷系統(tǒng)需要按事先確定的中有多個(gè)中斷懇求，這時(shí)中斷系統(tǒng)需要按事先

35、確定的中斷響應(yīng)優(yōu)先次序?qū)?yōu)先級(jí)高的中斷懇求予以響應(yīng)。所斷響應(yīng)優(yōu)先次序?qū)?yōu)先級(jí)高的中斷懇求予以響應(yīng)。所謂中斷響應(yīng)就是允許其中斷謂中斷響應(yīng)就是允許其中斷CPU現(xiàn)行程序的運(yùn)行，轉(zhuǎn)現(xiàn)行程序的運(yùn)行，轉(zhuǎn)去對(duì)該懇求進(jìn)展預(yù)處理，包括保存好斷點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)，調(diào)出去對(duì)該懇求進(jìn)展預(yù)處理，包括保存好斷點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)，調(diào)出有關(guān)處理該中斷的中斷處理程序，準(zhǔn)備運(yùn)行。這部分有關(guān)處理該中斷的中斷處理程序，準(zhǔn)備運(yùn)行。這部分工作在大多數(shù)機(jī)器上都是采用交換新舊程序狀態(tài)字工作在大多數(shù)機(jī)器上都是采用交換新舊程序狀態(tài)字PSW的方法實(shí)現(xiàn)的。的方法實(shí)現(xiàn)的。 當(dāng)然為了某種需要，中斷系統(tǒng)當(dāng)然為了某種需要，中斷系統(tǒng)也可以對(duì)中斷懇求進(jìn)展屏蔽，使之暫時(shí)得不到響應(yīng)。也可

36、以對(duì)中斷懇求進(jìn)展屏蔽，使之暫時(shí)得不到響應(yīng)。 3.3 中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院 為處理一個(gè)中斷懇求，必須調(diào)出相應(yīng)的中斷處理為處理一個(gè)中斷懇求，必須調(diào)出相應(yīng)的中斷處理程序。假如中斷源比較少時(shí)，通過(guò)中斷系統(tǒng)硬件就可程序。假如中斷源比較少時(shí)，通過(guò)中斷系統(tǒng)硬件就可以比較方便地對(duì)每個(gè)中斷源直接形成相應(yīng)的中斷處理以比較方便地對(duì)每個(gè)中斷源直接形成相應(yīng)的中斷處理程序入口，進(jìn)入相應(yīng)的中斷處理程序。但對(duì)中、大型程序入口，進(jìn)入相應(yīng)的中斷處理程序。但對(duì)中、大型多用處機(jī)器，中斷源一般可多達(dá)數(shù)十至數(shù)百個(gè)。假如多用處機(jī)器，中斷源一般可多達(dá)數(shù)十至數(shù)百個(gè)。假如為每個(gè)中斷源單獨(dú)形成入

37、口，不僅硬件難以實(shí)現(xiàn)，代為每個(gè)中斷源單獨(dú)形成入口，不僅硬件難以實(shí)現(xiàn)，代價(jià)也很大，就是在中斷處理上也沒(méi)有這種必要。因?yàn)閮r(jià)也很大，就是在中斷處理上也沒(méi)有這種必要。因?yàn)椴簧僦袛嘣吹男再|(zhì)比較接近，可以將它們分別歸成幾不少中斷源的性質(zhì)比較接近，可以將它們分別歸成幾類(lèi)，對(duì)每一類(lèi)給定一個(gè)中斷處理程序入口，再由軟件類(lèi)，對(duì)每一類(lèi)給定一個(gè)中斷處理程序入口，再由軟件轉(zhuǎn)入對(duì)相應(yīng)的中斷源進(jìn)展處理，這樣可以大大簡(jiǎn)化中轉(zhuǎn)入對(duì)相應(yīng)的中斷源進(jìn)展處理，這樣可以大大簡(jiǎn)化中斷處理程序入口形成硬件。斷處理程序入口形成硬件。3.3 中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院3.3.2 中斷系統(tǒng)的軟硬件功能分

38、配中斷系統(tǒng)的軟硬件功能分配 中斷系統(tǒng)的功能包括中斷懇求的保存和去除、中斷系統(tǒng)的功能包括中斷懇求的保存和去除、優(yōu)先級(jí)確實(shí)定、中斷斷點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)的保存、對(duì)中斷懇優(yōu)先級(jí)確實(shí)定、中斷斷點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)的保存、對(duì)中斷懇求的分析和處理以及中斷返回等，這些全是由中斷求的分析和處理以及中斷返回等，這些全是由中斷響應(yīng)硬件和中斷處理程序共同完成的。因此，中斷響應(yīng)硬件和中斷處理程序共同完成的。因此，中斷系統(tǒng)的軟、硬件功能分配本質(zhì)上就是中斷處理程序系統(tǒng)的軟、硬件功能分配本質(zhì)上就是中斷處理程序軟件和中斷響應(yīng)硬件的功能分配。軟件和中斷響應(yīng)硬件的功能分配。 3.3 中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)

39、院 中斷現(xiàn)場(chǎng)包括軟件狀態(tài)中斷現(xiàn)場(chǎng)包括軟件狀態(tài)如作業(yè)名稱(chēng)和級(jí)別，如作業(yè)名稱(chēng)和級(jí)別，上、下界值，各種軟件狀態(tài)和標(biāo)志等上、下界值，各種軟件狀態(tài)和標(biāo)志等和硬件狀態(tài)和硬件狀態(tài)如現(xiàn)行指令地址，條件碼等狀態(tài)信息，各種控制如現(xiàn)行指令地址，條件碼等狀態(tài)信息，各種控制存放器及通用存放器內(nèi)容存放器及通用存放器內(nèi)容。通常采取把分散于。通常采取把分散于CPU各部分的硬件狀態(tài)集合成程序狀態(tài)字，然后由各部分的硬件狀態(tài)集合成程序狀態(tài)字，然后由中斷響應(yīng)硬件通過(guò)將程序狀態(tài)字中斷響應(yīng)硬件通過(guò)將程序狀態(tài)字處理器狀態(tài)字、處理器狀態(tài)字、換道區(qū)換道區(qū)存到主存指定單元或區(qū)域的方式來(lái)完成保存到主存指定單元或區(qū)域的方式來(lái)完成保存。接著，再把新的

40、程序或進(jìn)程的程序狀態(tài)字存。接著，再把新的程序或進(jìn)程的程序狀態(tài)字處處理器狀態(tài)字、換道區(qū)理器狀態(tài)字、換道區(qū)從主存另一指定單元或區(qū)域從主存另一指定單元或區(qū)域把內(nèi)容傳送到有關(guān)存放器和計(jì)數(shù)器中，建立起運(yùn)行把內(nèi)容傳送到有關(guān)存放器和計(jì)數(shù)器中，建立起運(yùn)行新的程序或進(jìn)程的環(huán)境。硬件狀態(tài)是全經(jīng)中斷響應(yīng)新的程序或進(jìn)程的環(huán)境。硬件狀態(tài)是全經(jīng)中斷響應(yīng)硬件保存，還是部分經(jīng)它，部分經(jīng)中斷處理程序保硬件保存，還是部分經(jīng)它，部分經(jīng)中斷處理程序保存，要視詳細(xì)機(jī)器的規(guī)模和使用場(chǎng)合而作不同的選存，要視詳細(xì)機(jī)器的規(guī)模和使用場(chǎng)合而作不同的選擇。擇。 3.3 中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院3.4.

41、1 工作原理工作原理 把對(duì)外圍設(shè)備的管理工作從把對(duì)外圍設(shè)備的管理工作從CPU別別離出來(lái)。離出來(lái)。 從從IBM 360系列機(jī)開(kāi)場(chǎng)，普遍采用系列機(jī)開(kāi)場(chǎng)，普遍采用通道處理機(jī)技術(shù)。通道處理機(jī)技術(shù)。3.4 通道處理機(jī)通道處理機(jī)處理機(jī)與外部設(shè)備的連接方式處理機(jī)與外部設(shè)備的連接方式1 1 直接連接直接連接2 2 通道處理機(jī)通道處理機(jī)3 3 輸入輸出處理機(jī)輸入輸出處理機(jī)2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院 處理機(jī)處理機(jī)設(shè)備設(shè)備設(shè)備設(shè)備設(shè)備設(shè)備處理機(jī)處理機(jī)設(shè)備設(shè)備通道通道設(shè)備設(shè)備通道通道設(shè)備設(shè)備設(shè)備設(shè)備3.4 通道處理機(jī)通道處理機(jī)3.4 通道處理機(jī)2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)

42、學(xué)院算機(jī)學(xué)院字節(jié)多字節(jié)多路通道路通道通道總線(xiàn)通道總線(xiàn)CPU設(shè)設(shè) 備備控制器控制器設(shè)設(shè) 備備控制器控制器設(shè)備設(shè)備設(shè)備設(shè)備設(shè)備設(shè)備選擇選擇通道通道通道總線(xiàn)通道總線(xiàn)主存主存磁盤(pán)磁盤(pán)控制器控制器磁表面磁表面控制器控制器磁盤(pán)磁盤(pán)磁盤(pán)磁盤(pán)磁帶磁帶數(shù)組多數(shù)組多路通道路通道通道總線(xiàn)通道總線(xiàn)內(nèi)部總線(xiàn)內(nèi)部總線(xiàn)磁盤(pán)磁盤(pán)控制器控制器磁帶磁帶控制器控制器磁盤(pán)磁盤(pán)磁盤(pán)磁盤(pán)磁帶磁帶三種類(lèi)型的通道與三種類(lèi)型的通道與 CPU、設(shè)備控制器和外圍設(shè)備的連接關(guān)系、設(shè)備控制器和外圍設(shè)備的連接關(guān)系通道的作用和功能通道的作用和功能1 1、三種根本輸入輸出方式存在的問(wèn)題：、三種根本輸入輸出方式存在的問(wèn)題： 1 1CPUCPU的輸入輸出負(fù)擔(dān)很

43、重，不能專(zhuān)心的輸入輸出負(fù)擔(dān)很重，不能專(zhuān)心于用戶(hù)程序的計(jì)算工作。于用戶(hù)程序的計(jì)算工作。 低速外部設(shè)備，每傳送每個(gè)字符都低速外部設(shè)備，每傳送每個(gè)字符都由由CPUCPU執(zhí)行一段程序來(lái)完成。執(zhí)行一段程序來(lái)完成。 高速外圍設(shè)備的初始化、前處理和高速外圍設(shè)備的初始化、前處理和后處理等工作需要后處理等工作需要CPUCPU來(lái)完成。來(lái)完成。 2 2大型機(jī)中的外圍設(shè)備臺(tái)數(shù)很多，大型機(jī)中的外圍設(shè)備臺(tái)數(shù)很多，但一般并不同時(shí)工作。讓但一般并不同時(shí)工作。讓DMADMA控制器能被多控制器能被多臺(tái)設(shè)備共享，進(jìn)步硬件的利用率。臺(tái)設(shè)備共享，進(jìn)步硬件的利用率。2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院3.4 通道處理

44、機(jī)通道處理機(jī)2 2、通道的主要功能：、通道的主要功能：承受承受CPUCPU發(fā)來(lái)的指令，選擇一臺(tái)指定的外圍發(fā)來(lái)的指令，選擇一臺(tái)指定的外圍設(shè)備與通道相連接。設(shè)備與通道相連接。執(zhí)行執(zhí)行CPUCPU為通道組織的通道程序。為通道組織的通道程序。管理外圍設(shè)備的有關(guān)地址。管理外圍設(shè)備的有關(guān)地址。管理主存緩沖區(qū)的地址。管理主存緩沖區(qū)的地址?？刂仆鈬O(shè)備與主存緩沖區(qū)間數(shù)據(jù)交換的個(gè)控制外圍設(shè)備與主存緩沖區(qū)間數(shù)據(jù)交換的個(gè)數(shù)。數(shù)。指定傳送工作完畢時(shí)要進(jìn)展的操作。指定傳送工作完畢時(shí)要進(jìn)展的操作。檢查外圍設(shè)備的工作狀態(tài)，是正?；蚬收?。檢查外圍設(shè)備的工作狀態(tài)，是正?；蚬收?。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中完成必要的格式的變換。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)

45、程中完成必要的格式的變換。2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院3.4 通道處理機(jī)通道處理機(jī)2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院圖圖 3.10 通道處理機(jī)輸入輸出的主要過(guò)程通道處理機(jī)輸入輸出的主要過(guò)程3.4 通道處理機(jī)通道處理機(jī)通道完成一次數(shù)據(jù)輸入輸出的過(guò)程需三步：通道完成一次數(shù)據(jù)輸入輸出的過(guò)程需三步：1 1 在用戶(hù)程序中使用訪(fǎng)管指令進(jìn)入管理在用戶(hù)程序中使用訪(fǎng)管指令進(jìn)入管理程序，由程序，由CPUCPU通過(guò)管理程序組織一個(gè)通道程序，通過(guò)管理程序組織一個(gè)通道程序，并啟動(dòng)通道。并啟動(dòng)通道。2 2 通道處理機(jī)執(zhí)行通道程序，完成指定通道處理機(jī)執(zhí)行通道程序，完成指定的

46、數(shù)據(jù)輸入輸出工作。的數(shù)據(jù)輸入輸出工作。3 3 通道程序完畢后第二次調(diào)用管理程序通道程序完畢后第二次調(diào)用管理程序?qū)斎胼敵鰬┣筮M(jìn)展處理。對(duì)輸入輸出懇求進(jìn)展處理。 每完成一次輸入輸出工作，每完成一次輸入輸出工作，CPUCPU只需要兩次調(diào)用管理程序，大大減少了對(duì)用只需要兩次調(diào)用管理程序，大大減少了對(duì)用戶(hù)程序的打攪。戶(hù)程序的打攪。2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院3.4 通道處理機(jī)通道處理機(jī)2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院圖圖 3.11 通道處理機(jī)輸入輸出主要過(guò)程的時(shí)間關(guān)系示意圖通道處理機(jī)輸入輸出主要過(guò)程的時(shí)間關(guān)系示意圖 3.4 通道處理機(jī)通道處理機(jī)202

47、1.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院訪(fǎng)管入口OC 設(shè)備號(hào)OC交換長(zhǎng)度OC主存起址通道程序置通道地址字啟動(dòng)I/O通道程序斷開(kāi)通道指令入 口返 回I/O中斷響應(yīng)I/O中斷返回I/O中斷請(qǐng)求3.4 通道處理機(jī)通道處理機(jī)2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院圖圖 3.12 “啟動(dòng)啟動(dòng)I/O指令流程指令流程注：注： 這里的完畢，這里的完畢， 表示釋放通道表示釋放通道3.4 通道處理機(jī)通道處理機(jī) 通道分為三種類(lèi)型：字節(jié)多路通通道分為三種類(lèi)型：字節(jié)多路通道、選擇通道和數(shù)組多路通道。道、選擇通道和數(shù)組多路通道。1 1字節(jié)多路通道字節(jié)多路通道 字節(jié)多路通道是一種簡(jiǎn)單的共享字節(jié)多路

48、通道是一種簡(jiǎn)單的共享通道，用于連接與管理多臺(tái)低速設(shè)備，以字通道，用于連接與管理多臺(tái)低速設(shè)備，以字節(jié)穿插方式傳送信息節(jié)穿插方式傳送信息。 字節(jié)多路通道包含有多個(gè)子通道，字節(jié)多路通道包含有多個(gè)子通道，每個(gè)子通道連接一個(gè)設(shè)備控制器。每個(gè)子通道連接一個(gè)設(shè)備控制器。2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院3.4 通道處理機(jī)通道處理機(jī) 通道不連續(xù)地、輪流地啟動(dòng)每通道不連續(xù)地、輪流地啟動(dòng)每個(gè)設(shè)備控制器，當(dāng)通道為一個(gè)設(shè)備傳送完一個(gè)設(shè)備控制器，當(dāng)通道為一個(gè)設(shè)備傳送完一個(gè)字節(jié)后，就轉(zhuǎn)去為另一個(gè)設(shè)備效勞。當(dāng)通個(gè)字節(jié)后，就轉(zhuǎn)去為另一個(gè)設(shè)備效勞。當(dāng)通道為某一設(shè)備的傳送時(shí)，其它設(shè)備可以并行道為某一設(shè)備的傳

49、送時(shí)，其它設(shè)備可以并行地工作，準(zhǔn)備需要傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)或處理收地工作，準(zhǔn)備需要傳送的數(shù)據(jù)字節(jié)或處理收到的數(shù)據(jù)字節(jié)，以準(zhǔn)備接收新的數(shù)據(jù)字節(jié)。到的數(shù)據(jù)字節(jié)，以準(zhǔn)備接收新的數(shù)據(jù)字節(jié)。這種輪流效勞是建立在主機(jī)的速度比外設(shè)的這種輪流效勞是建立在主機(jī)的速度比外設(shè)的速度高得多的根底之上，它可以進(jìn)步系統(tǒng)的速度高得多的根底之上，它可以進(jìn)步系統(tǒng)的工作效率。工作效率。2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院A1A1A2A2B2B2B1B1C1C1C2C2通道通道A1A1A2A2B1B1B2B2C1C2C1C23.4 通道處理機(jī)通道處理機(jī)2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院字節(jié)緩沖狀

50、態(tài)/控制固定地址子通道1子通道2子通道3數(shù)據(jù)緩沖通道控制字節(jié)多路通道至主存儲(chǔ)器字節(jié)多路通道的構(gòu)造3.4 通道處理機(jī)通道處理機(jī)2 2選擇通道選擇通道 選擇通道又稱(chēng)高速通道，在物選擇通道又稱(chēng)高速通道，在物理上它也可以連接多個(gè)設(shè)備，但這些設(shè)備理上它也可以連接多個(gè)設(shè)備，但這些設(shè)備不能同時(shí)工作，在一段時(shí)間內(nèi)通道只能選不能同時(shí)工作，在一段時(shí)間內(nèi)通道只能選擇一臺(tái)設(shè)備進(jìn)展數(shù)據(jù)傳送，此時(shí)該設(shè)備能擇一臺(tái)設(shè)備進(jìn)展數(shù)據(jù)傳送，此時(shí)該設(shè)備能獨(dú)占整個(gè)通道。因此，選擇通道一次只能獨(dú)占整個(gè)通道。因此，選擇通道一次只能執(zhí)行一個(gè)通道程序，只有當(dāng)它與主存交換執(zhí)行一個(gè)通道程序，只有當(dāng)它與主存交換完信息后，才能再選擇另一臺(tái)外部設(shè)備并完信

51、息后，才能再選擇另一臺(tái)外部設(shè)備并執(zhí)行該設(shè)備的通道程序，為其效勞。執(zhí)行該設(shè)備的通道程序，為其效勞。2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院A1A1A2A2B2B2B1B1C1C1C2C2通道通道A1A2B1B2C1C2A1A2B1B2C1C23.4 通道處理機(jī)通道處理機(jī) 每個(gè)選擇通道只有一個(gè)以成每個(gè)選擇通道只有一個(gè)以成組方式工作的子通道，逐個(gè)為多臺(tái)高速組方式工作的子通道，逐個(gè)為多臺(tái)高速外圍設(shè)備效勞。外圍設(shè)備效勞。2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院3.4 通道處理機(jī)通道處理機(jī)2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院通道控制部分狀態(tài)/控制主存地址

52、至主存儲(chǔ)器選擇通道的構(gòu)造字節(jié)計(jì)數(shù)設(shè)備地址數(shù)據(jù)緩沖數(shù)據(jù)格式變換字字節(jié)至設(shè)備控制器3.4 通道處理機(jī)通道處理機(jī)3 3數(shù)組多路通道數(shù)組多路通道 數(shù)組多路通道是把字節(jié)多路通道數(shù)組多路通道是把字節(jié)多路通道和選擇通道的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)的一種通道構(gòu)造。和選擇通道的特點(diǎn)結(jié)合起來(lái)的一種通道構(gòu)造。它的根本思想是：當(dāng)某設(shè)備進(jìn)展數(shù)據(jù)傳送時(shí)，它的根本思想是：當(dāng)某設(shè)備進(jìn)展數(shù)據(jù)傳送時(shí)，通道只為該設(shè)備效勞；當(dāng)設(shè)備在執(zhí)行輔助操通道只為該設(shè)備效勞；當(dāng)設(shè)備在執(zhí)行輔助操作如磁頭挪動(dòng)等時(shí)，通道暫時(shí)斷開(kāi)與這作如磁頭挪動(dòng)等時(shí)，通道暫時(shí)斷開(kāi)與這個(gè)設(shè)備的連接，掛起該設(shè)備的通道程序，去個(gè)設(shè)備的連接，掛起該設(shè)備的通道程序，去為其他設(shè)備效勞。為其他設(shè)備

53、效勞。 數(shù)組多路通道有多個(gè)子通道，既數(shù)組多路通道有多個(gè)子通道，既可以執(zhí)行多路通道程序，像字節(jié)多路通道那可以執(zhí)行多路通道程序，像字節(jié)多路通道那樣，所有子通道分時(shí)共享總通道；又可以用樣，所有子通道分時(shí)共享總通道；又可以用選擇通道那樣的方式成組傳送數(shù)據(jù)。既具有選擇通道那樣的方式成組傳送數(shù)據(jù)。既具有多路并行操作的才能；又具有很高的數(shù)據(jù)傳多路并行操作的才能；又具有很高的數(shù)據(jù)傳送速率，使通道的效率充分得到發(fā)揮。送速率，使通道的效率充分得到發(fā)揮。2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院3.4 通道處理機(jī)通道處理機(jī) 從磁盤(pán)存儲(chǔ)器讀出一個(gè)文件的的過(guò)從磁盤(pán)存儲(chǔ)器讀出一個(gè)文件的的過(guò)程分為三步：定位、

54、找扇區(qū)、讀出數(shù)據(jù)，前程分為三步：定位、找扇區(qū)、讀出數(shù)據(jù)，前兩步為輔助操作。兩步為輔助操作。數(shù)組多路通道的實(shí)際工作方式是：數(shù)組多路通道的實(shí)際工作方式是： 在為一臺(tái)高速設(shè)備傳送數(shù)據(jù)的同在為一臺(tái)高速設(shè)備傳送數(shù)據(jù)的同時(shí)，有多臺(tái)高速設(shè)備可以在定位或者在找扇時(shí)，有多臺(tái)高速設(shè)備可以在定位或者在找扇區(qū)。區(qū)。 與選擇通道相比，數(shù)組多路通道的與選擇通道相比，數(shù)組多路通道的數(shù)據(jù)傳輸率和通道的硬件利用都很高，控制數(shù)據(jù)傳輸率和通道的硬件利用都很高，控制硬件的復(fù)雜度也高。硬件的復(fù)雜度也高。2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院3.4 通道處理機(jī)通道處理機(jī)2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算

55、機(jī)學(xué)院圖 3.13 IBM 370 的I/O構(gòu)造 3.4 通道處理機(jī)通道處理機(jī)3.4.2 3.4.2 通道流量的分析通道流量的分析 通道流量通道流量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)可以傳單位時(shí)間內(nèi)可以傳送的最大數(shù)據(jù)量。又稱(chēng)為通道吞吐率，通送的最大數(shù)據(jù)量。又稱(chēng)為通道吞吐率，通道數(shù)據(jù)傳輸率等。道數(shù)據(jù)傳輸率等。 通道最大流量通道最大流量：通道在滿(mǎn)負(fù)荷通道在滿(mǎn)負(fù)荷工作狀態(tài)下的流量。工作狀態(tài)下的流量。2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院3.4 通道處理機(jī)通道處理機(jī)2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院 一個(gè)通道能到達(dá)的極限流量與其工作方式、一個(gè)通道能到達(dá)的極限流量與其工作方式、數(shù)據(jù)傳送

56、期內(nèi)選擇一次設(shè)備的時(shí)間數(shù)據(jù)傳送期內(nèi)選擇一次設(shè)備的時(shí)間TS和傳送一和傳送一個(gè)字節(jié)的時(shí)間個(gè)字節(jié)的時(shí)間TD的長(zhǎng)短有關(guān)。由于字節(jié)多路通的長(zhǎng)短有關(guān)。由于字節(jié)多路通道每選擇一臺(tái)設(shè)備只傳送一個(gè)字節(jié)，故其通道道每選擇一臺(tái)設(shè)備只傳送一個(gè)字節(jié)，故其通道極限流量極限流量 fmaxbyte=1/TS+TD。3.4 通道處理機(jī)通道處理機(jī)2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院 選擇通道每選擇一臺(tái)設(shè)備就把選擇通道每選擇一臺(tái)設(shè)備就把N個(gè)字節(jié)全個(gè)字節(jié)全部傳送完，其通道極限流量部傳送完，其通道極限流量 fmaxselect=N/TS+NTD=1/TS/N+TD。 數(shù)組多路通道每選擇一臺(tái)設(shè)備只傳送數(shù)組多路通道每選

57、擇一臺(tái)設(shè)備只傳送K個(gè)個(gè)字節(jié)，假如要傳送字節(jié)，假如要傳送N個(gè)字節(jié)，就得經(jīng)個(gè)字節(jié)，就得經(jīng)N/K次傳送才行，每次都要花去一個(gè)選擇設(shè)備的時(shí)次傳送才行，每次都要花去一個(gè)選擇設(shè)備的時(shí)間間TS，所以，其通道極限流量，所以，其通道極限流量 fmaxblock=K/TS+KTD=1/S/K+TD。3.4 通道處理機(jī)通道處理機(jī)2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院 顯然，假設(shè)通道的顯然，假設(shè)通道的TS、TD一定，且一定，且NK時(shí)，時(shí)，字節(jié)多路方式時(shí)所能到達(dá)的極限流量最小，數(shù)字節(jié)多路方式時(shí)所能到達(dá)的極限流量最小，數(shù)組多路方式時(shí)的極限流量居中，選擇方式時(shí)的組多路方式時(shí)的極限流量居中，選擇方式時(shí)的極限

58、流量最大。極限流量最大。 3.4 通道處理機(jī)通道處理機(jī)三種通道的最大流量計(jì)算公式如下：三種通道的最大流量計(jì)算公式如下：2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院秒字節(jié)秒字節(jié)/1)/(/1)(.DSDSSELETEMAXDSDSBYTEMAXTnTnpTnTnpfTTnpTTnpf秒字節(jié)/1)/(.DSDSBLOCKMAXTkTnpTkTnpf3.4 通道處理機(jī)通道處理機(jī)2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院 對(duì)于采用字節(jié)穿插方式工作的字節(jié)多路通對(duì)于采用字節(jié)穿插方式工作的字節(jié)多路通道應(yīng)為該通道所接各設(shè)備的字節(jié)傳送速率之和，道應(yīng)為該通道所接各設(shè)備的字節(jié)傳送速率之和，

59、 即即 jpijijbyteff1 而對(duì)于其他兩種類(lèi)型的通道應(yīng)為所接各設(shè)而對(duì)于其他兩種類(lèi)型的通道應(yīng)為所接各設(shè)備的字節(jié)傳送速率中之最大的那個(gè)，備的字節(jié)傳送速率中之最大的那個(gè)， 即即 jipijselectjipijblockffffjj11maxmax3.4 通道處理機(jī)通道處理機(jī)2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院 為了保證通道可以正常工作，不喪失數(shù)據(jù)，為了保證通道可以正常工作，不喪失數(shù)據(jù)，必須滿(mǎn)足設(shè)備要求通道的實(shí)際最大流量不超過(guò)必須滿(mǎn)足設(shè)備要求通道的實(shí)際最大流量不超過(guò)通道所能到達(dá)的極限流量這一流量設(shè)計(jì)的最根通道所能到達(dá)的極限流量這一流量設(shè)計(jì)的最根本原那么，因此，對(duì)上述本原那

60、么，因此，對(duì)上述 3 種類(lèi)型的通道應(yīng)分種類(lèi)型的通道應(yīng)分別滿(mǎn)足關(guān)系式：別滿(mǎn)足關(guān)系式： jselectjselectjblockjblockjbytejbyteffffffmaxmaxmax3.4 通道處理機(jī)通道處理機(jī)2021.5北京理工大學(xué)計(jì)北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院算機(jī)學(xué)院 假如假如I/O系統(tǒng)有系統(tǒng)有m個(gè)通道，其中個(gè)通道，其中1至至m1為字節(jié)多路為字節(jié)多路通道，通道，m1+1至至m2為數(shù)組多路通道，為數(shù)組多路通道，m2+1至至m為選擇通為選擇通道，那么該道，那么該I/O系統(tǒng)工作時(shí)的極限流量將為系統(tǒng)工作時(shí)的極限流量將為 mmjjipimmjpijipijimjmmjjselectmmjjblockm