計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)03

1、計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE1第第3章章 中斷、總線與輸入輸出系統(tǒng)中斷、總線與輸入輸出系統(tǒng)計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE2（教材中第（教材中第1節(jié)將在第節(jié)將在第4章中講授）章中講授）計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE3第第3 3章章 中斷、總線與輸入輸出系統(tǒng)中斷、總線與輸入輸出系統(tǒng)3.2 3.2 中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)術(shù)語(yǔ)術(shù)語(yǔ): :中斷源中斷源 中斷請(qǐng)求中斷請(qǐng)求 優(yōu)先級(jí)優(yōu)先級(jí) 新新/ /舊舊PSW(Program Status Word)PSW(Program Status Word) 中斷處理程序中斷處理程序中斷處理程序入口中斷處理程

2、序入口計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE43.2.1 3.2.1 中斷的分類和分級(jí)中斷的分類和分級(jí)1.1.中斷的分類中斷的分類 必要性必要性: : 解決中斷源數(shù)量過(guò)多和級(jí)別問(wèn)題解決中斷源數(shù)量過(guò)多和級(jí)別問(wèn)題 CPUCPU的狀態(tài)的狀態(tài): : 運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài) 停止?fàn)顟B(tài)停止?fàn)顟B(tài) 典型分類典型分類( (IBM 370): ): 機(jī)器校驗(yàn)機(jī)器校驗(yàn)(64) (64) 管理程序調(diào)用管理程序調(diào)用(8) (8) 程序性程序性(16)(16) 外部外部(16)(16) 輸入輸出輸入輸出(16) (16) 重新啟動(dòng)重新啟動(dòng) PSWPSW的作用的作用: :中斷碼指明具體中斷原因中斷碼指明具體中斷原因

3、 PSWPSW的位置的位置: :當(dāng)前當(dāng)前PSWPSW在在CPUCPU的寄存器的寄存器, ,其他在主存其他在主存計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE53.2 3.2 中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng)1.1.中斷的分類中斷的分類中斷與異常中斷與異常異常異常（Exception）: :由執(zhí)行現(xiàn)行指令引起暫停事件由執(zhí)行現(xiàn)行指令引起暫停事件, ,如運(yùn)算異常、頁(yè)面失效等。如運(yùn)算異常、頁(yè)面失效等。異常的分類異常的分類q 自陷（自陷（TrapTrap）從產(chǎn)生自陷的指令下一條開(kāi)始）從產(chǎn)生自陷的指令下一條開(kāi)始q 故障（故障（FaultFault）重復(fù)執(zhí)行發(fā)生故障的指令）重復(fù)執(zhí)行發(fā)生故障的指令（指令復(fù)執(zhí)）（指令復(fù)執(zhí)

4、）q 失?。ㄊ。ˋbortAbort）需要強(qiáng)行干預(yù)）需要強(qiáng)行干預(yù)計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE62.2.中斷的分級(jí)中斷的分級(jí)中斷分級(jí)的原因：中斷分級(jí)的原因：由于出現(xiàn)同時(shí)發(fā)生多個(gè)不同類由于出現(xiàn)同時(shí)發(fā)生多個(gè)不同類型的中斷請(qǐng)求，需要根據(jù)中斷的緊迫性、重要型的中斷請(qǐng)求，需要根據(jù)中斷的緊迫性、重要性以及軟件的處理的方便性將其分為若干不同性以及軟件的處理的方便性將其分為若干不同的級(jí)別。的級(jí)別。計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE72.2.中斷的分級(jí)中斷的分級(jí)分級(jí)分級(jí) 第一級(jí)：機(jī)器校驗(yàn)第一級(jí)：機(jī)器校驗(yàn) 第二級(jí)：程序性與管理程序調(diào)用第二級(jí)：程序性與管理程序調(diào)用 第三級(jí)：

5、外部第三級(jí)：外部 第四級(jí)：輸入輸出第四級(jí)：輸入輸出 第五級(jí)：重新啟動(dòng)（具有特殊性）第五級(jí)：重新啟動(dòng)（具有特殊性） 第第0 0級(jí)：不可排除的故障級(jí)：不可排除的故障計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE82.2.中斷的分級(jí)中斷的分級(jí)IBM370的中斷分級(jí)的中斷分級(jí) 緊急的機(jī)器校驗(yàn)緊急的機(jī)器校驗(yàn) 程序性與管理程序調(diào)用程序性與管理程序調(diào)用 可抑制的機(jī)器校驗(yàn)可抑制的機(jī)器校驗(yàn) 外部外部 輸入輸出輸入輸出 重新啟動(dòng)重新啟動(dòng)計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE93.2.2 3.2.2 中斷的響應(yīng)與中斷的響應(yīng)與中斷中斷處理處理多級(jí)中斷規(guī)則多級(jí)中斷規(guī)則級(jí)別高的可以打斷級(jí)別低的中斷處理

6、級(jí)別高的可以打斷級(jí)別低的中斷處理中斷響應(yīng)次序及實(shí)現(xiàn)方式中斷響應(yīng)次序及實(shí)現(xiàn)方式?jīng)Q定進(jìn)入中斷排隊(duì)電路的中斷請(qǐng)求被響應(yīng)的次序決定進(jìn)入中斷排隊(duì)電路的中斷請(qǐng)求被響應(yīng)的次序?qū)崿F(xiàn)方式實(shí)現(xiàn)方式軟件查詢、硬件電路或者向量中斷方式軟件查詢、硬件電路或者向量中斷方式舉例（舉例（硬件電路）硬件電路）計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE10計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE113.2.2 3.2.2 中斷的響應(yīng)與中斷的響應(yīng)與中斷中斷處理處理中斷屏蔽字及其作用中斷屏蔽字及其作用 用途：用途：決定是否讓某級(jí)中斷請(qǐng)求進(jìn)入中斷排隊(duì)電決定是否讓某級(jí)中斷請(qǐng)求進(jìn)入中斷排隊(duì)電路，以改變中斷響應(yīng)的優(yōu)先級(jí)

7、別。路，以改變中斷響應(yīng)的優(yōu)先級(jí)別。 位置位置：在：在PSWPSW中，當(dāng)前中，當(dāng)前PSWPSW在在CPUCPU的寄存器，其它程的寄存器，其它程序的序的PSWPSW在主存。在主存。 數(shù)量數(shù)量：每級(jí)各一個(gè)：每級(jí)各一個(gè) 位數(shù)位數(shù)：與設(shè)計(jì)的級(jí)別數(shù)量相同：與設(shè)計(jì)的級(jí)別數(shù)量相同 中斷中斷處理次序的改變處理次序的改變舉例舉例計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE12表表 3-2 中斷級(jí)屏蔽位中斷級(jí)屏蔽位-例例1 計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE13計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE14表 3-3 中斷級(jí)屏蔽位-例 2 計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHIT

8、ECTURE15計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE16例3: 同時(shí)發(fā)出中斷請(qǐng)求計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE17計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE18總結(jié)：中斷硬件與軟件在中斷系統(tǒng)中的作用總結(jié)：中斷硬件與軟件在中斷系統(tǒng)中的作用硬件硬件( (中斷響應(yīng)排隊(duì)器中斷響應(yīng)排隊(duì)器):): 可以加快響應(yīng)和斷點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)的保存可以加快響應(yīng)和斷點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)的保存軟件軟件( (中斷級(jí)屏蔽位中斷級(jí)屏蔽位):): 改變實(shí)際中斷處理改變實(shí)際中斷處理( (完完) )的次序的次序, ,提高系統(tǒng)靈提高系統(tǒng)靈活性活性計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE193.2.3

9、 3.2.3 中斷系統(tǒng)的軟硬件功能分配中斷系統(tǒng)的軟硬件功能分配1. 1. 中斷系統(tǒng)的功能中斷系統(tǒng)的功能中斷請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)確定中斷請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)確定中斷響應(yīng)中斷響應(yīng)中斷斷點(diǎn)與現(xiàn)場(chǎng)的保存中斷斷點(diǎn)與現(xiàn)場(chǎng)的保存中斷處理與返回中斷處理與返回2. 2. 軟、硬件功能分配的實(shí)質(zhì)軟、硬件功能分配的實(shí)質(zhì) 中斷中斷處理程序和中斷響應(yīng)硬件的功能分配處理程序和中斷響應(yīng)硬件的功能分配計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE203.2.3 3.2.3 中斷系統(tǒng)的軟硬件功能分配中斷系統(tǒng)的軟硬件功能分配3. 3. 中斷現(xiàn)場(chǎng)分類及保存中斷現(xiàn)場(chǎng)分類及保存q 軟件狀態(tài)軟件狀態(tài) 作業(yè)名稱及級(jí)別，上下界，軟件標(biāo)志等作業(yè)名稱及級(jí)

10、別，上下界，軟件標(biāo)志等 通常在主存中，數(shù)量不確定，與操作系統(tǒng)有關(guān)通常在主存中，數(shù)量不確定，與操作系統(tǒng)有關(guān)。q 硬件狀態(tài)硬件狀態(tài) PCPC內(nèi)容，條件碼、各類控制寄存器及通用寄存器內(nèi)容，條件碼、各類控制寄存器及通用寄存器內(nèi)容，內(nèi)容， 以以PSWPSW的形式體現(xiàn)，類別比較確定的形式體現(xiàn)，類別比較確定計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE213.2.3 3.2.3 中斷系統(tǒng)的軟硬件功能分配中斷系統(tǒng)的軟硬件功能分配3.3.中斷現(xiàn)場(chǎng)分類及保存中斷現(xiàn)場(chǎng)分類及保存q 保存方式：保存方式：軟件狀態(tài)由軟件狀態(tài)由中斷中斷處理程序，硬件狀態(tài)處理程序，硬件狀態(tài)可以由硬件實(shí)現(xiàn)，或由軟件和硬件結(jié)合的方法實(shí)可以

11、由硬件實(shí)現(xiàn)，或由軟件和硬件結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)q PSWPSW的位數(shù)與機(jī)器的中斷響應(yīng)時(shí)間的關(guān)系的位數(shù)與機(jī)器的中斷響應(yīng)時(shí)間的關(guān)系q 通用寄存器內(nèi)容的保存通用寄存器內(nèi)容的保存硬件實(shí)現(xiàn)硬件實(shí)現(xiàn)中斷中斷處理程序?qū)崿F(xiàn)處理程序?qū)崿F(xiàn)成組傳送指令的設(shè)置成組傳送指令的設(shè)置重疊寄存器窗口技術(shù)重疊寄存器窗口技術(shù)計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE223.3 3.3 總線系統(tǒng)總線系統(tǒng)3.3.1 3.3.1 總線的分類總線的分類1.1.專用總線專用總線 只連接一對(duì)物理部件的總線只連接一對(duì)物理部件的總線 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): : 速度快速度快 控制簡(jiǎn)單控制簡(jiǎn)單 可靠性強(qiáng)可靠性強(qiáng)缺點(diǎn)缺點(diǎn): : 總線數(shù)目多總線數(shù)目多 利用

12、率低利用率低2.2.非專用總線非專用總線 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：總線少，造價(jià)低；接口標(biāo)準(zhǔn)化高；擴(kuò)展能力總線少，造價(jià)低；接口標(biāo)準(zhǔn)化高；擴(kuò)展能力強(qiáng)；便于使用多重總線提高帶寬強(qiáng)；便于使用多重總線提高帶寬缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：系統(tǒng)流量??；共享總線失效可能引起系統(tǒng)癱系統(tǒng)流量小；共享總線失效可能引起系統(tǒng)癱瘓瘓計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE233.3 3.3 總線系統(tǒng)總線系統(tǒng)3.3.1 3.3.1 總線的分類總線的分類3.I/O3.I/O系統(tǒng)宜采用非專用總線系統(tǒng)宜采用非專用總線 計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE24圖 3-9 所有部件之間用專用總線互連 計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER AR

13、CHITECTURE253.3.2 3.3.2 總線的控制方式總線的控制方式1.1.類別類別集中式控制方式集中式控制方式: :總線的控制邏輯基本上集中放總線的控制邏輯基本上集中放在一起的方式在一起的方式. .分布式控制方式分布式控制方式: :總線的控制邏輯分散于連到總總線的控制邏輯分散于連到總線的各個(gè)部件中的方式線的各個(gè)部件中的方式. .計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE263.3.2 3.3.2 總線的控制方式總線的控制方式2.2.集中式控制方式的種類集中式控制方式的種類q 集中式串行鏈接方式集中式串行鏈接方式q 集中式定時(shí)查詢方式集中式定時(shí)查詢方式q 集中式獨(dú)立請(qǐng)求方式集

14、中式獨(dú)立請(qǐng)求方式q 應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍: :后兩種用于巨、大、中型機(jī)后兩種用于巨、大、中型機(jī), ,第一第一種用于小、微型機(jī)，情況種用于小、微型機(jī)，情況已經(jīng)已經(jīng)發(fā)生變化。發(fā)生變化。計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE27圖 3-10 集中式串行鏈接 q 集中式串行鏈接方式集中式串行鏈接方式計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE28圖 3-11 集中式定時(shí)查詢 q 集中式定時(shí)查詢方式集中式定時(shí)查詢方式計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE29圖 3-12 集中式獨(dú)立請(qǐng)求 q 集中式獨(dú)立請(qǐng)求方式集中式獨(dú)立請(qǐng)求方式計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECT

15、URE303.3.3 3.3.3 總線的通信技術(shù)總線的通信技術(shù)通信類別通信類別: :同步方式同步方式 異步方式異步方式1.1.同步通信同步通信 兩個(gè)部件之間的信息傳送是通過(guò)定寬、定兩個(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)行同步的。距的系統(tǒng)時(shí)標(biāo)進(jìn)行同步的。 這種方式的信息傳送速率高，受總線的長(zhǎng)這種方式的信息傳送速率高，受總線的長(zhǎng)度影響小，但會(huì)因時(shí)鐘在總線上的時(shí)滯而造成度影響小，但會(huì)因時(shí)鐘在總線上的時(shí)滯而造成同步誤差，同步誤差， 且時(shí)鐘線上的干擾信號(hào)易引起誤且時(shí)鐘線上的干擾信號(hào)易引起誤同步。同步。計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE313.3.3 3.3.3 總線的通信技

16、術(shù)總線的通信技術(shù)2.2.異步通信異步通信q單向控制方式單向控制方式源控式源控式 目控式目控式單向源控方式原理單向源控方式原理單向源控方式優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)蜗蛟纯胤绞絻?yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、高速簡(jiǎn)單、高速單向源控方式缺點(diǎn)：?jiǎn)蜗蛟纯胤绞饺秉c(diǎn)：無(wú)有效應(yīng)答；需要設(shè)置緩沖器無(wú)有效應(yīng)答；需要設(shè)置緩沖器效率低，高速部件效能發(fā)揮差；效率低，高速部件效能發(fā)揮差；對(duì)對(duì)“數(shù)據(jù)準(zhǔn)備數(shù)據(jù)準(zhǔn)備”要求高要求高計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE32圖 3-13 異步單向控制通信 計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE333.3.3 3.3.3 總線的通信技術(shù)總線的通信技術(shù)2.2.異步通信異步通信q 單向控制方式單向

17、控制方式目控式原理目控式原理目控式優(yōu)點(diǎn)：可以解決有效性校驗(yàn)?zāi)靠厥絻?yōu)點(diǎn)：可以解決有效性校驗(yàn)?zāi)靠厥讲蛔悖簜鬏斅氏陆的靠厥讲蛔悖簜鬏斅氏陆祋 單向控制方式的問(wèn)題單向控制方式的問(wèn)題電平恢復(fù)可能不及時(shí)，造成數(shù)據(jù)錯(cuò)誤電平恢復(fù)可能不及時(shí)，造成數(shù)據(jù)錯(cuò)誤計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE343.3.3 3.3.3 總線的通信技術(shù)總線的通信技術(shù)2.2.異步通信異步通信q 雙向控制方式雙向控制方式非互鎖方式非互鎖方式互鎖方式互鎖方式優(yōu)點(diǎn)：保證數(shù)據(jù)傳輸正確率，傳輸率高優(yōu)點(diǎn)：保證數(shù)據(jù)傳輸正確率，傳輸率高缺點(diǎn)：控制硬件復(fù)雜缺點(diǎn)：控制硬件復(fù)雜3. 3. I/OI/O總線最常用的種類總線最常用的種類: :異

18、步異步雙向互鎖方式雙向互鎖方式計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE35圖 3-14 源控式異步雙向控制通信 計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE363.3.4 3.3.4 數(shù)據(jù)寬度與總線線數(shù)數(shù)據(jù)寬度與總線線數(shù)1.1.數(shù)據(jù)寬度數(shù)據(jù)寬度定義定義: :I/OI/O設(shè)備取得設(shè)備取得I/OI/O總線使用權(quán)后所傳送數(shù)總線使用權(quán)后所傳送數(shù)據(jù)的總量。據(jù)的總量。與數(shù)據(jù)通路寬度的區(qū)別：與數(shù)據(jù)通路寬度的區(qū)別：數(shù)據(jù)通路寬度指的是數(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)機(jī)器周期所傳送數(shù)據(jù)傳送的物理寬度，即一個(gè)機(jī)器周期所傳送的信息量的信息量( (二進(jìn)制位數(shù)二進(jìn)制位數(shù)) )， 它直接取決

19、于數(shù)據(jù)它直接取決于數(shù)據(jù)總線的線數(shù)?？偩€的線數(shù)。 數(shù)據(jù)總線一次所能并行傳送信息的位數(shù)，數(shù)據(jù)總線一次所能并行傳送信息的位數(shù)，稱為數(shù)據(jù)通路寬度。稱為數(shù)據(jù)通路寬度。 計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE373.3.4 3.3.4 數(shù)據(jù)寬度與總線線數(shù)數(shù)據(jù)寬度與總線線數(shù)1.1.數(shù)據(jù)寬度數(shù)據(jù)寬度數(shù)據(jù)寬度的種類數(shù)據(jù)寬度的種類q 單字單字/ /字節(jié)字節(jié)q 定長(zhǎng)塊定長(zhǎng)塊q 可變長(zhǎng)塊可變長(zhǎng)塊q 單字加定長(zhǎng)塊單字加定長(zhǎng)塊q 單字加可變長(zhǎng)塊單字加可變長(zhǎng)塊計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE383.3.4 3.3.4 數(shù)據(jù)寬度與總線線數(shù)數(shù)據(jù)寬度與總線線數(shù)2.2.總線的線數(shù)總線的線數(shù)總線的構(gòu)

20、成總線的構(gòu)成: : 收收/ /發(fā)電路、傳輸導(dǎo)線發(fā)電路、傳輸導(dǎo)線/ /電纜、接插電纜、接插部件及電源。部件及電源。q 壓縮總線線數(shù)的必要性壓縮總線線數(shù)的必要性計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE393.3.4 3.3.4 數(shù)據(jù)寬度與總線線數(shù)數(shù)據(jù)寬度與總線線數(shù)q 壓縮總線的方法壓縮總線的方法 線的組合方法：線的組合方法：一根半雙向替代二根單一根半雙向替代二根單向線向線 編碼方法：編碼方法：線數(shù)為：線數(shù)為：loglog2 2N N（向上取整）（向上取整） 并并/ /串串串串/ /并轉(zhuǎn)換方法并轉(zhuǎn)換方法 舉例舉例 總線的流量設(shè)計(jì)：總線的流量設(shè)計(jì)：外設(shè)數(shù)量、種類、傳外設(shè)數(shù)量、種類、傳輸信息

21、方式與速率輸信息方式與速率計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE403.4 3.4 輸入輸出系統(tǒng)輸入輸出系統(tǒng)3.4.1 輸入輸出系統(tǒng)概述輸入輸出系統(tǒng)概述1. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及透明性系統(tǒng)設(shè)計(jì)及透明性組成組成：輸入輸出系統(tǒng)設(shè)備、設(shè)備控制器及相關(guān)輸入輸出系統(tǒng)設(shè)備、設(shè)備控制器及相關(guān)的軟硬件的軟硬件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì): : 軟件軟件 硬件兩個(gè)方面硬件兩個(gè)方面 面向操作系統(tǒng)面向操作系統(tǒng)透明性透明性: : 對(duì)于應(yīng)用程序員透明對(duì)于應(yīng)用程序員透明計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE413.4 3.4 輸入輸出系統(tǒng)輸入輸出系統(tǒng)3.4.1 輸入輸出系統(tǒng)概述輸入輸出系統(tǒng)概述2. 輸入輸出系統(tǒng)的主要功能輸

22、入輸出系統(tǒng)的主要功能功能：功能：對(duì)指定的外設(shè)進(jìn)行輸入輸出操作對(duì)指定的外設(shè)進(jìn)行輸入輸出操作, , 并完成其他并完成其他管理和控制管理和控制: : 確定設(shè)備、主存存儲(chǔ)區(qū)，建立連接，確定設(shè)備、主存存儲(chǔ)區(qū)，建立連接，發(fā)送數(shù)據(jù)，格式轉(zhuǎn)換，形成狀態(tài)控制信息，通過(guò)中發(fā)送數(shù)據(jù)，格式轉(zhuǎn)換，形成狀態(tài)控制信息，通過(guò)中斷系統(tǒng)傳送給操作系統(tǒng)處理和分析斷系統(tǒng)傳送給操作系統(tǒng)處理和分析操作系統(tǒng)的操作系統(tǒng)的I/OI/O功能功能計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE423.4 3.4 輸入輸出系統(tǒng)輸入輸出系統(tǒng)3.4.1 輸入輸出系統(tǒng)概述輸入輸出系統(tǒng)概述3. 輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)展與分類輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)展與分類 程序控制

23、程序控制無(wú)條件無(wú)條件 條件傳送（程序查詢）條件傳送（程序查詢）中斷中斷 存儲(chǔ)器直接存?。ù鎯?chǔ)器直接存?。―MA）方式）方式 I/O處理機(jī)方式處理機(jī)方式通道通道 處理機(jī)處理機(jī) 外圍處理機(jī)外圍處理機(jī)計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE433.4 3.4 輸入輸出系統(tǒng)輸入輸出系統(tǒng)3.4.1 輸入輸出系統(tǒng)概述輸入輸出系統(tǒng)概述3. 輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)展與分類輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)展與分類 輸入輸入/輸出設(shè)備及發(fā)展輸出設(shè)備及發(fā)展普通傳輸設(shè)備普通傳輸設(shè)備 外存：軟磁盤(pán)外存：軟磁盤(pán) 硬盤(pán)（溫盤(pán)，硬盤(pán)（溫盤(pán)，Winchester Disc）磁盤(pán)陣列磁盤(pán)陣列 光盤(pán)光盤(pán)磁光盤(pán)（磁光盤(pán)（MO，Magnetic

24、 Optical）計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE44磁鼓存儲(chǔ)器磁鼓存儲(chǔ)器 最初于1932年在奧地利創(chuàng)造出來(lái)，上世紀(jì)五六十年代廣泛使用，通常作為內(nèi)存，容量在10kB左右。計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE45第一款硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器是IBM Model 350 Disk File，于1956年制造，其中包含了50張24英寸盤(pán)片，而總?cè)萘坎坏?MB。 計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE46IBM研制成功的新型硬盤(pán)IBM 3340 （14英寸 ） ，1973年計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE47首個(gè)容量突破1GB的硬盤(pán)是IBM在1

25、980年制造的IBM 3380，總?cè)萘繛?.52GB，重約250千克，售價(jià)從81000美元到142400美元不等。 計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE483.4 3.4 輸入輸出系統(tǒng)輸入輸出系統(tǒng)3.4.2 3.4.2 通道處理機(jī)工作原理與流量分析通道處理機(jī)工作原理與流量分析通道處理機(jī)產(chǎn)生通道處理機(jī)產(chǎn)生:IBM 360/370:IBM 360/3701. 通道通道處理機(jī)處理機(jī)的工作過(guò)程的工作過(guò)程廣義指令作用廣義指令作用參數(shù)參數(shù): 設(shè)備設(shè)備 主存儲(chǔ)區(qū)主存儲(chǔ)區(qū) 交換數(shù)據(jù)量交換數(shù)據(jù)量通道程序及作用通道程序及作用組成組成: 通道指令組成通道指令組成產(chǎn)生產(chǎn)生: 操作系統(tǒng)生成操作系統(tǒng)生成通

26、道程序地址字單元通道程序地址字單元: 通道程序入口地址通道程序入口地址通道緩沖區(qū)通道緩沖區(qū): 存儲(chǔ)通道程序存儲(chǔ)通道程序計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE493-15計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE503-16計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE51圖圖 3-17 “啟動(dòng)啟動(dòng)I/O”指令流程指令流程計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE522. 通道的分類通道的分類 字節(jié)多路通道字節(jié)多路通道: 低速，并行低速，并行 數(shù)組多路通道數(shù)組多路通道: 高速高速, ,各子通道分時(shí)共享各子通道分時(shí)共享I/OI/O通道通道, ,成組交叉?zhèn)魉统?/p>

27、組交叉?zhèn)魉? , 數(shù)據(jù)寬度為定長(zhǎng)塊數(shù)據(jù)寬度為定長(zhǎng)塊 選擇通道選擇通道: 高速設(shè)備高速設(shè)備, ,具有獨(dú)占性具有獨(dú)占性, ,只能執(zhí)行一道只能執(zhí)行一道通道程序通道程序, ,數(shù)據(jù)寬度為可變長(zhǎng)塊數(shù)據(jù)寬度為可變長(zhǎng)塊 IBM 370 的通道系統(tǒng)（的通道系統(tǒng)（I/O結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu)）計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE53計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE543.3.通道流量的分析通道流量的分析通道流量通道流量: 通道在數(shù)據(jù)傳送期間內(nèi)通道在數(shù)據(jù)傳送期間內(nèi), ,單位時(shí)間單位時(shí)間傳送的字節(jié)數(shù)傳送的字節(jié)數(shù)通道極限流量通道極限流量: 通道能夠達(dá)到的最大的流量通道能夠達(dá)到的最大的流量通道的實(shí)際最大流量通道的實(shí)際最大流量流量設(shè)計(jì)的基本原則流量設(shè)計(jì)的基本原則實(shí)際最大流量不超過(guò)極限流量實(shí)際最大流量不超過(guò)極限流量流量利用率流量利用率計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE55三種通道流量分析舉例三種通道流量分析舉例計(jì)算機(jī)學(xué)院COMPUTER ARCHITECTURE56字節(jié)多路通道極限流量字節(jié)多路通道極限流量: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)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)數(shù)組多路通道極限流量數(shù)組多路通道極限流量: :