通道的方式PPT優(yōu)秀資料

8.5通道的方式

一.通道的功能

1．通道的功能DMA控制器的出現(xiàn)已經(jīng)減輕了CPU對(duì)數(shù)據(jù)輸入輸出的控制、使得CPU的效率合顯著的提高．而通道的出現(xiàn)則進(jìn)一步提高了CPU的效率．這是因?yàn)橥ǖ朗且粋€(gè)特殊功能的處理器．它有自己的指令和程序?qū)ｉT(mén)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)輸入輸出的傳輸控制．而CPU將“傳輸控制”的功能下放給通道后只負(fù)責(zé)“數(shù)據(jù)處理”功能．這樣．通道與CPU分時(shí)使用內(nèi)存，實(shí)現(xiàn)了CPU內(nèi)部運(yùn)算與I/O設(shè)備的平行工作．典型的具有通道的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)CAI演示(8.19)。這種結(jié)構(gòu)與前述的單總線結(jié)構(gòu)機(jī)器不同，它具有兩種類(lèi)型的總線．一種是存儲(chǔ)總線，它承擔(dān)通道與內(nèi)存、CPU與內(nèi)存之間的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)．另一種是通道總線，即I/O總線，它承擔(dān)外圍設(shè)備與通道之間的數(shù)據(jù)傳送任務(wù)．這兩類(lèi)總線可以分別按照各自的時(shí)序同時(shí)進(jìn)行工作．

由CAI演示看出，通道總線可以接若干個(gè)設(shè)備控制器，一個(gè)設(shè)備控制器可以接一個(gè)或多個(gè)設(shè)備。因此，從邏輯結(jié)構(gòu)上講，I/O系統(tǒng)一般具有四級(jí)連接：CPU與內(nèi)存<-->通道<-->設(shè)備控制器<-->外圍設(shè)備。為了便于通道對(duì)各設(shè)備的統(tǒng)一管理，對(duì)同一系列的機(jī)器，通道與設(shè)備控制器之間都有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口，設(shè)備控制器與設(shè)備之間則根據(jù)設(shè)備要求不同而采用專(zhuān)用接口。另一方面，具有通道的機(jī)器一般是大、中型計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)流通量很大。如果所有的I/O設(shè)備都接在一個(gè)通道上，那么通道將成為限制系統(tǒng)效能的細(xì)脖子。因此大、中型計(jì)算機(jī)的I/O系統(tǒng)一般接有多個(gè)通道。當(dāng)然，設(shè)立多個(gè)通道的另一好處是，對(duì)不同類(lèi)型的I/O設(shè)備可以進(jìn)行分類(lèi)管理。存儲(chǔ)管理部件是內(nèi)存的控制部件，它的主要任務(wù)是根據(jù)事先確定的優(yōu)先次序，決定下一周期由哪個(gè)部件使用存儲(chǔ)總線訪問(wèn)內(nèi)存。

由于大多數(shù)I/O設(shè)備是旋轉(zhuǎn)性的設(shè)備，讀寫(xiě)信號(hào)具有實(shí)時(shí)性，不及時(shí)處理會(huì)丟失數(shù)據(jù)，所以通道與CPU同時(shí)要求訪內(nèi)時(shí)，通道優(yōu)先權(quán)高于CPU。在多個(gè)通道有訪內(nèi)請(qǐng)求時(shí)，選擇通道和數(shù)組多路通道的優(yōu)先權(quán)高于字節(jié)多路通道，因?yàn)榍罢咭话氵B接高速設(shè)備。

通道的基本功能

是執(zhí)行通道指令，組織外圍設(shè)備和內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，按I/O指令要求啟動(dòng)外圍設(shè)備，向CPU報(bào)告中斷等，具體有以下五項(xiàng)任務(wù)：(1)接受CPU的I/O指令，按指令要求與指定的外圍設(shè)備進(jìn)行通信。(2)從內(nèi)存選取屬于該通道程序的通道指令，經(jīng)譯碼后向設(shè)備控制器和設(shè)備發(fā)送各種命令。(3)組織外圍設(shè)備和內(nèi)存之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，并根據(jù)需要提供數(shù)據(jù)緩存的空間，以及提供數(shù)據(jù)存入內(nèi)存的地址和傳送的數(shù)據(jù)量。(4)從外圍設(shè)備得到設(shè)備的狀態(tài)信息，形成并保存通道本身的狀態(tài)信息，根據(jù)要求將這些狀態(tài)信息送到內(nèi)存的指定單元，供CPU使用。

(5)將外圍設(shè)備的中斷請(qǐng)求和通道本身的中斷請(qǐng)求，按次序及時(shí)報(bào)告CPU。2.CPU對(duì)通道的管理

CPU是通過(guò)執(zhí)行I/O指令以及處理來(lái)自通道的中斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)通道的管理。來(lái)自通道的中斷有兩種，一種是數(shù)據(jù)傳送結(jié)束中斷，另一種是故障中斷。管態(tài):CPU運(yùn)行操作系統(tǒng)的管理程序的狀態(tài)。目態(tài):CPU執(zhí)行目的程序時(shí)的狀態(tài)。大中型計(jì)算機(jī)的I/O指令都是管態(tài)指令，只有當(dāng)CPU處于管態(tài)時(shí)，才能運(yùn)行I/O指令，目態(tài)時(shí)不能運(yùn)行I/O指令。這是因?yàn)榇笾行陀?jì)算機(jī)的軟、硬件資源為多個(gè)用戶(hù)所共享，而不是分給某個(gè)用戶(hù)專(zhuān)用。3.通道對(duì)設(shè)備控制器的管理

通道通過(guò)使用通道指令控制設(shè)備控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送操作，并以通道狀態(tài)字接收設(shè)備控制器反映的外圍設(shè)備的狀態(tài)。因此，設(shè)備控制器是通道對(duì)I/O設(shè)備實(shí)現(xiàn)傳輸控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由CAI演示看出，通道總線可以接若干個(gè)設(shè)備控制器，一個(gè)設(shè)備控制器可以接一個(gè)或多個(gè)設(shè)備。因此，從邏輯結(jié)構(gòu)上講，I/O系統(tǒng)一般具有四級(jí)連接：CPU與內(nèi)存<-->通道<-->設(shè)備控制器<-->外圍設(shè)備。(2)向通道反映外圍設(shè)備的狀態(tài)；管態(tài):CPU運(yùn)行操作系統(tǒng)的管理程序的狀態(tài)。3示出IBM4300系統(tǒng)可以連接的通道數(shù)目和類(lèi)型，每個(gè)通道可以連接多個(gè)設(shè)備，每個(gè)子通道可以連接的設(shè)備數(shù)和設(shè)備號(hào)。通道通過(guò)使用通道指令控制設(shè)備控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送操作，并以通道狀態(tài)字接收設(shè)備控制器反映的外圍設(shè)備的狀態(tài)。在多個(gè)通道有訪內(nèi)請(qǐng)求時(shí)，選擇通道和數(shù)組多路通道的優(yōu)先權(quán)高于字節(jié)多路通道，因?yàn)榍罢咭话氵B接高速設(shè)備。存儲(chǔ)管理部件是內(nèi)存的控制部件，它的主要任務(wù)是根據(jù)事先確定的優(yōu)先次序，決定下一周期由哪個(gè)部件使用存儲(chǔ)總線訪問(wèn)內(nèi)存。(3)將各種外圍設(shè)備的不同信號(hào)轉(zhuǎn)換成通道能夠識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。67μs傳送一個(gè)字節(jié)，通道在傳送兩個(gè)字節(jié)之間已很少空閑，所以在數(shù)據(jù)傳送期間只為一臺(tái)設(shè)備服務(wù)是合理的。(2)向通道反映外圍設(shè)備的狀態(tài)；由于數(shù)據(jù)傳輸率很高，可以達(dá)到1.(5)將外圍設(shè)備的中斷請(qǐng)求和通道本身的中斷請(qǐng)求，按次序及時(shí)報(bào)告CPU。3示出IBM4300系統(tǒng)可以連接的通道數(shù)目和類(lèi)型，每個(gè)通道可以連接多個(gè)設(shè)備，每個(gè)子通道可以連接的設(shè)備數(shù)和設(shè)備號(hào)。為了便于通道對(duì)各設(shè)備的統(tǒng)一管理，對(duì)同一系列的機(jī)器，通道與設(shè)備控制器之間都有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口，設(shè)備控制器與設(shè)備之間則根據(jù)設(shè)備要求不同而采用專(zhuān)用接口。DMA控制器的出現(xiàn)已經(jīng)減輕了CPU對(duì)數(shù)據(jù)輸入輸出的控制、使得CPU的效率合顯著的提高．而通道的出現(xiàn)則進(jìn)一步提高了CPU的效率．這是因?yàn)橥ǖ朗且粋€(gè)特殊功能的處理器．它有自己的指令和程序?qū)ｉT(mén)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)輸入輸出的傳輸控制．而CPU將“傳輸控制”的功能下放給通道后只負(fù)責(zé)“數(shù)據(jù)處理”功能．這樣．通道與CPU分時(shí)使用內(nèi)存，實(shí)現(xiàn)了CPU內(nèi)部運(yùn)算與I/O設(shè)備的平行工作．由CAI演示看出，通道總線可以接若干個(gè)設(shè)備控制器，一個(gè)設(shè)備控制器可以接一個(gè)或多個(gè)設(shè)備。由CAI演示看出，通道總線可以接若干個(gè)設(shè)備控制器，一個(gè)設(shè)備控制器可以接一個(gè)或多個(gè)設(shè)備。所以數(shù)組多路通道很像一個(gè)多道程序的處理器。(1)從通道接受通道指令，控制外圍設(shè)備完成所要求的操作；因此，從邏輯結(jié)構(gòu)上講，I/O系統(tǒng)一般具有四級(jí)連接：CPU與內(nèi)存<-->通道<-->設(shè)備控制器<-->外圍設(shè)備。(5)將外圍設(shè)備的中斷請(qǐng)求和通道本身的中斷請(qǐng)求，按次序及時(shí)報(bào)告CPU。選擇通道又稱(chēng)高速通道，在物理上它可以連接多個(gè)設(shè)備，但是這些設(shè)備不能同時(shí)工作，在某一段時(shí)間內(nèi)通道只能選擇一個(gè)設(shè)備進(jìn)行工作。(1)數(shù)組多路通道允許多個(gè)設(shè)備同時(shí)工作，但只允許一個(gè)設(shè)備進(jìn)行傳輸型操作，其他設(shè)備進(jìn)行控制型操作。(1)接受CPU的I/O指令，按指令要求與指定的外圍設(shè)備進(jìn)行通信。因此，從邏輯結(jié)構(gòu)上講，I/O系統(tǒng)一般具有四級(jí)連接：CPU與內(nèi)存<-->通道<-->設(shè)備控制器<-->外圍設(shè)備。在多個(gè)通道有訪內(nèi)請(qǐng)求時(shí)，選擇通道和數(shù)組多路通道的優(yōu)先權(quán)高于字節(jié)多路通道，因?yàn)榍罢咭话氵B接高速設(shè)備。存儲(chǔ)管理部件是內(nèi)存的控制部件，它的主要任務(wù)是根據(jù)事先確定的優(yōu)先次序，決定下一周期由哪個(gè)部件使用存儲(chǔ)總線訪問(wèn)內(nèi)存。(3)組織外圍設(shè)備和內(nèi)存之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，并根據(jù)需要提供數(shù)據(jù)緩存的空間，以及提供數(shù)據(jù)存入內(nèi)存的地址和傳送的數(shù)據(jù)量。設(shè)備控制器的具體任務(wù)如下：

(1)從通道接受通道指令，控制外圍設(shè)備完成所要求的操作；(2)向通道反映外圍設(shè)備的狀態(tài)；(3)將各種外圍設(shè)備的不同信號(hào)轉(zhuǎn)換成通道能夠識(shí)別的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。二、通道的類(lèi)型根據(jù)通道的工作方式，通道分為選擇通道、數(shù)組多路通道、字節(jié)多路通道個(gè)系統(tǒng)可以兼有三種類(lèi)型的通道，也可以只有其中一、二種．1.選擇通道選擇通道又稱(chēng)高速通道，在物理上它可以連接多個(gè)設(shè)備，但是這些設(shè)備不能同時(shí)工作，在某一段時(shí)間內(nèi)通道只能選擇一個(gè)設(shè)備進(jìn)行工作。選擇通道很像一個(gè)單道程序的處理器，在一段時(shí)間內(nèi)只允許執(zhí)行一個(gè)設(shè)備的通道程序，只有當(dāng)這個(gè)設(shè)備的通道程序全部執(zhí)行完畢后，才能執(zhí)行其他設(shè)備的通道程序。

選擇通道主要用于連接高速外圍設(shè)備，如磁盤(pán)、磁帶等，信息以成組方式高速傳輸。由于數(shù)據(jù)傳輸率很高，可以達(dá)到1.5MB/s，即0.67μs傳送一個(gè)字節(jié)，通道在傳送兩個(gè)字節(jié)之間已很少空閑，所以在數(shù)據(jù)傳送期間只為一臺(tái)設(shè)備服務(wù)是合理的。但是這類(lèi)設(shè)備的輔助操作時(shí)間很長(zhǎng),在樣長(zhǎng)的時(shí)間里通道處于等待狀態(tài)，因此整個(gè)通道的利用率不是很高。2.數(shù)組多路通道基本思想：當(dāng)某設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，通道只為該設(shè)備服務(wù)；當(dāng)設(shè)備在執(zhí)行尋址等控制性動(dòng)作時(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，去為其他設(shè)備服務(wù)，即執(zhí)行其他設(shè)備的通道程序。所以數(shù)組多路通道很像一個(gè)多道程序的處理器。

在IBM系統(tǒng)中常常用到子通道的概念。子通道是指實(shí)現(xiàn)每個(gè)通道程序所對(duì)應(yīng)的硬設(shè)備。選擇通道在物理上可以連接多個(gè)設(shè)備，但在一段時(shí)間內(nèi)只能執(zhí)行一個(gè)設(shè)備的通道程序，也就是說(shuō)在邏輯上只能連接一個(gè)設(shè)備，所以它只包含一個(gè)子通道。數(shù)組多路通道和字節(jié)多路通道不僅在物理上可以連接多個(gè)設(shè)備，而且在一段時(shí)間內(nèi)能交替執(zhí)行多個(gè)設(shè)備的通道程序，換句話(huà)說(shuō)在邏輯上可以連接多個(gè)設(shè)備，所以它們包含有若干個(gè)子通道。下頁(yè)表8.3示出IBM4300系統(tǒng)可以連接的通道數(shù)目和類(lèi)型，每個(gè)通道可以連接多個(gè)設(shè)備，每個(gè)子通道可以連接的設(shè)備數(shù)和設(shè)備號(hào)。注意，一個(gè)子通道可以連接多個(gè)設(shè)備，但子通道數(shù)并不等于物理上可連接的設(shè)備數(shù)，而是該通道中能同時(shí)工作的設(shè)備

由于數(shù)組多路通道既保留了選擇通道高速傳送數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)，又充分利用了控制性操作的時(shí)間間隔為其他設(shè)備服務(wù)，使通道效率充分得到發(fā)揮，因此數(shù)組多路通道在實(shí)際系統(tǒng)中得到較多應(yīng)用。字節(jié)多路通道主要用于連接大量的低速設(shè)備，如鍵盤(pán)、打印機(jī)等等。而字節(jié)多路通道與設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳送的基本單位是字節(jié)，通道為一個(gè)設(shè)備傳送一個(gè)字節(jié)后，又可以為另一個(gè)設(shè)備傳送一個(gè)字節(jié)，因此各設(shè)備與通道之間的數(shù)據(jù)傳送是以字節(jié)為單位交替進(jìn)行。注意，一個(gè)子通道可以連接多個(gè)設(shè)備，但子通道數(shù)并不等于物理上可連接的設(shè)備數(shù)，而是該通道中能同時(shí)工作的設(shè)備(2)從內(nèi)存選取屬于該通道程序的通道指令，經(jīng)譯碼后向設(shè)備控制器和設(shè)備發(fā)送各種命令。(1)接受CPU的I/O指令，按指令要求與指定的外圍設(shè)備進(jìn)行通信。選擇通道主要用于連接高速外圍設(shè)備，如磁盤(pán)、磁帶等，信息以成組方式高速傳輸。在多個(gè)通道有訪內(nèi)請(qǐng)求時(shí)，選擇通道和數(shù)組多路通道的優(yōu)先權(quán)高于字節(jié)多路通道，因?yàn)榍罢咭话氵B接高速設(shè)備。(1)接受CPU的I/O指令，按指令要求與指定的外圍設(shè)備進(jìn)行通信。(5)將外圍設(shè)備的中斷請(qǐng)求和通道本身的中斷請(qǐng)求，按次序及時(shí)報(bào)告CPU。(2)數(shù)組多路通道與設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳送的基本單位是數(shù)據(jù)塊，通道必須為一個(gè)設(shè)備傳送完一個(gè)數(shù)據(jù)塊以后，才能為別的設(shè)備傳送數(shù)據(jù)塊。67μs傳送一個(gè)字節(jié)，通道在傳送兩個(gè)字節(jié)之間已很少空閑，所以在數(shù)據(jù)傳送期間只為一臺(tái)設(shè)備服務(wù)是合理的。3.字節(jié)多路通道字節(jié)多路通道主要用于連接大量的低速設(shè)備，如鍵盤(pán)、打印機(jī)等等。例如數(shù)據(jù)傳輸率是1000B/s，即傳送1個(gè)字節(jié)的間隔是1ms，而通道從設(shè)備接收或發(fā)送一個(gè)字節(jié)只需要幾百納秒，因此通道在傳送兩個(gè)字節(jié)之間有很多空閑時(shí)間，字節(jié)多路通道正是利用這個(gè)空閑時(shí)間為其他設(shè)備服務(wù)。字節(jié)多路通道和數(shù)組多路通道的共同之處：都是多路通道，在一段時(shí)間內(nèi)能交替執(zhí)行多個(gè)設(shè)備的通道程序，使這些設(shè)備同時(shí)工作。字節(jié)多路通道和數(shù)組多路通道的不同之處：(1)數(shù)組多路通道允許多個(gè)設(shè)備同時(shí)工作，但只允許一個(gè)設(shè)備進(jìn)行傳輸型操作，其他設(shè)備進(jìn)行控制型操作。而字節(jié)多路通道不僅允許多個(gè)設(shè)備同時(shí)操作，而且也允許它們同時(shí)進(jìn)行傳輸型操作。(2)數(shù)組多路通道與設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳送的基本單位是數(shù)據(jù)塊，通道必須為一個(gè)設(shè)備傳送完一個(gè)數(shù)據(jù)塊以后，才能為別的設(shè)備傳送數(shù)據(jù)塊。而字節(jié)多路通道與設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳送的基本單位是字節(jié)，通道為一個(gè)設(shè)備傳送一個(gè)字節(jié)后，又可以為另一個(gè)設(shè)備傳送一個(gè)字節(jié)，因此各設(shè)備與通道之間的數(shù)據(jù)傳送是以字節(jié)為單位交替進(jìn)行。三、通道結(jié)構(gòu)的發(fā)展通道結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)展，出現(xiàn)了兩種計(jì)算機(jī)I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu)．一種是通道結(jié)構(gòu)的I/O處理器，通常稱(chēng)為輸入輸出處理器（IOP）．