計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)第3章

計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)第3章第一頁(yè)，共60頁(yè)。3.2中斷系統(tǒng)3.2.1中斷的分類和分級(jí)引起中斷的各種事件稱為中斷源。中斷源向中斷系統(tǒng)發(fā)出請(qǐng)求中斷的申請(qǐng)，稱為中斷請(qǐng)求。同時(shí)可能有多個(gè)中斷請(qǐng)求，這時(shí)中斷系統(tǒng)需要按事先確定的中斷響應(yīng)優(yōu)先次序?qū)?yōu)先級(jí)高的中斷請(qǐng)求予以響應(yīng)。所謂中斷響應(yīng)就是允許其中斷CPU現(xiàn)行程序的運(yùn)行，轉(zhuǎn)去對(duì)該請(qǐng)求進(jìn)行預(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的辦法實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)然為了某種需要，中斷系統(tǒng)也可以對(duì)中斷請(qǐng)求進(jìn)行屏蔽，使之暫時(shí)得不到響應(yīng)。第二頁(yè)，共60頁(yè)。為處理一個(gè)中斷請(qǐng)求，必須調(diào)出相應(yīng)的中斷處理程序。如果中斷源比較少時(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、大型多用途機(jī)器，中斷源一般可多達(dá)數(shù)十至數(shù)百個(gè)。如果為每個(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)椴簧僦袛嘣吹男再|(zhì)比較接近，可以將它們分別歸成幾類，對(duì)每一類給定一個(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)行處理，這樣可以大大簡(jiǎn)化中斷處理程序入口形成硬件。第三頁(yè)，共60頁(yè)。以IBM370為例，它把中斷分成機(jī)器校驗(yàn)、管理程序調(diào)用、程序性、外部、輸入/輸出和重新啟動(dòng)6類。前5類中斷只發(fā)生在CPU處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，而重新啟動(dòng)不論CPU是處于停止?fàn)顟B(tài)還是處于運(yùn)行狀態(tài)都可以發(fā)生。這6類中斷，它們的舊PSW和新PSW所在的存貯單元位置都是各不相同的。每類的具體中斷原因可由舊PSW中的中斷碼進(jìn)一步指明，或是由中斷期間放在指定存貯單元中的附加信息指明。第四頁(yè)，共60頁(yè)。

機(jī)器校驗(yàn)中斷告訴程序發(fā)生了設(shè)備故障?？捎?4位機(jī)器校驗(yàn)中斷碼以指明故障原因和嚴(yán)重性，更為詳細(xì)的中斷原因和故障位置可由機(jī)器校驗(yàn)保存區(qū)的內(nèi)容提供。這里包含有電源故障、運(yùn)算電路的誤動(dòng)作、主存出錯(cuò)、通道動(dòng)作故障、處理器的各種硬件故障等等。

訪管中斷是在用戶程序需要操作系統(tǒng)介入時(shí)，通過(guò)執(zhí)行“訪管”指令時(shí)發(fā)生的，訪管原因由“訪管指令”中的8位碼指明。第五頁(yè)，共60頁(yè)。

程序性中斷是包括指令和數(shù)據(jù)的格式錯(cuò)、程序執(zhí)行中出現(xiàn)異常(非法指令、目態(tài)下使用管態(tài)指令、主存訪問(wèn)方式保護(hù)、尋址超過(guò)主存容量、各種溢出、除數(shù)為“0”、有效位為0等)以及程序的事件記錄、監(jiān)督程序?qū)κ录臋z測(cè)引起的中斷等。

外中斷來(lái)自機(jī)器外部，它包括各種定時(shí)器中斷、外部信號(hào)中斷及中斷鍵中斷。各種定時(shí)器中斷用以計(jì)時(shí)、計(jì)費(fèi)、控制等。外部信號(hào)中斷主要用于與其他機(jī)器和系統(tǒng)的聯(lián)系。中斷鍵則用于操作員對(duì)機(jī)器的干預(yù)。這些外中斷又可再分成兩類：一類是若未被響應(yīng)繼續(xù)保留，另一類如不響應(yīng)則不再保留。第六頁(yè)，共60頁(yè)。

輸入/輸出中斷是CPU與I/O設(shè)備及通道聯(lián)系的工具，在輸入輸出操作完成、I/O通道或設(shè)備產(chǎn)生故障時(shí)發(fā)出。程序性、外部、I/O這3類中斷的中斷碼均為16位。

重新啟動(dòng)中斷是為操作員或另一臺(tái)CPU要啟動(dòng)一個(gè)程序所用。CPU不能禁止這種中斷。第七頁(yè)，共60頁(yè)。表3.2中斷級(jí)屏蔽位舉例3.2.2中斷的響應(yīng)次序與處理次序第八頁(yè)，共60頁(yè)。圖3.7中斷處理次序?yàn)?→2→3→4的例子第九頁(yè)，共60頁(yè)。表3.3中斷級(jí)屏蔽位舉例第十頁(yè)，共60頁(yè)。圖3.8中斷處理次序?yàn)?→4→3→2的例子第十一頁(yè)，共60頁(yè)。3.2.3中斷系統(tǒng)的軟硬件功能分配中斷系統(tǒng)的功能包括中斷請(qǐng)求的保存和清除、優(yōu)先級(jí)的確定、中斷斷點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)的保存、對(duì)中斷請(qǐng)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，中斷系統(tǒng)的軟、硬件功能分配實(shí)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。第十二頁(yè)，共60頁(yè)。中斷現(xiàn)場(chǎng)包括軟件狀態(tài)(如作業(yè)名稱和級(jí)別，上、下界值，各種軟件狀態(tài)和標(biāo)志等)和硬件狀態(tài)(如現(xiàn)行指令地址，條件碼等狀態(tài)信息，各種控制寄存器及通用寄存器內(nèi)容)。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，然后由中斷響應(yīng)硬件通過(guò)將程序狀態(tài)字(處理器狀態(tài)字、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。接著，再把新的程序或進(jìn)程的程序狀態(tài)字(處理器狀態(tài)字、換道區(qū))從主存另一指定單元或區(qū)域把內(nèi)容傳送到有關(guān)寄存器和計(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)是全部經(jīng)中斷響應(yīng)硬件保存，還是部分經(jīng)它，部分經(jīng)中斷處理程序保存，要視具體機(jī)器的規(guī)模和使用場(chǎng)合而作不同的選擇。第十三頁(yè)，共60頁(yè)。從發(fā)出中斷請(qǐng)求到進(jìn)入中斷處理程序的中斷響應(yīng)時(shí)間是中斷系統(tǒng)的一個(gè)重要性能指標(biāo)，它主要取決于交換程序狀態(tài)字的時(shí)間。以IBM370為例，程序狀態(tài)字為64位，等于它的長(zhǎng)字，因此交換程序狀態(tài)字只需經(jīng)寫(xiě)長(zhǎng)字和讀長(zhǎng)字二次訪存即可。然而，要經(jīng)中斷響應(yīng)硬件保存的硬件狀態(tài)愈多，程序狀態(tài)字就愈長(zhǎng)，所需的訪存次數(shù)和時(shí)間就愈長(zhǎng)，響應(yīng)速度就會(huì)愈低，尤其是不斷增大通用寄存器個(gè)數(shù)是當(dāng)前計(jì)算機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)，像CRAY-1，需保存的向量、標(biāo)量、地址寄存器的總位數(shù)可達(dá)3900位。第十四頁(yè)，共60頁(yè)。另一方面，中斷系統(tǒng)還應(yīng)具有較大的靈活性。實(shí)際上并不是所有的中斷處理都需要把通用寄存器的內(nèi)容或是全部通用寄存器的內(nèi)容都保存起來(lái)，這是因?yàn)榻?jīng)中斷進(jìn)行的任務(wù)切換可以有兩種：一種是整個(gè)任務(wù)的切換(如某道程序切換到另一道)，這當(dāng)然需要把整個(gè)通用寄存器的內(nèi)容都保存起來(lái)；另一種是某道程序調(diào)用某個(gè)管理程序的切換，這往往不需要保存或只需部分保存。因此，目前對(duì)于大多數(shù)一般的機(jī)器，各種通用寄存器的內(nèi)容是由中斷處理程序按切換需要來(lái)保存的。這既提高了中斷響應(yīng)的速度，又具有較大的靈活性。當(dāng)然，如果主存寬度很寬，一個(gè)主存周期又能訪問(wèn)很多字，也有全部由中斷響應(yīng)硬件來(lái)保存的。第十五頁(yè)，共60頁(yè)。例假設(shè)一臺(tái)計(jì)算機(jī)的I/O處理占10％，當(dāng)其CPU性能改進(jìn)，而I/O性能保持不變時(shí)，系統(tǒng)總體性能會(huì)出現(xiàn)什么變化？

解：假設(shè)原來(lái)的程序執(zhí)行時(shí)間為1個(gè)單位時(shí)間。如果CPU的性能提高10倍，程序的計(jì)算（包含I/O處理）時(shí)間為：(1-10%)/10+10%=0.19如果CPU的性能提高10倍如果CPU的性能提高100倍第十六頁(yè)，共60頁(yè)。即整機(jī)性能只能提高約5倍，差不多有50％的CPU性能浪費(fèi)在I/O上。如果CPU性能提高100倍，程序的計(jì)算時(shí)間為：(1-10%)/100+10%=0.109而整機(jī)性能只能提高約10倍，表示有90％的性能浪費(fèi)在沒(méi)有改進(jìn)的I/O上了。

第十七頁(yè)，共60頁(yè)。3.3總線系統(tǒng)3.3.1總線的分類就允許信息傳送的方向來(lái)說(shuō)，總線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)在兩個(gè)方向傳送。全雙向的速度快，但造價(jià)高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。按在系統(tǒng)中的位置分：芯片級(jí)，板級(jí)和系統(tǒng)級(jí)。

第十八頁(yè)，共60頁(yè)。按設(shè)備定時(shí)方式分類(1)同步總線同步總線上所有設(shè)備通過(guò)統(tǒng)一的總線系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行同步。優(yōu)點(diǎn)：成本低，因?yàn)樗恍枰O(shè)備之間互相確定時(shí)序的邏輯。缺點(diǎn)：總線操作必須以相同的速度運(yùn)行。(2)異步總線異步總線上的設(shè)備之間沒(méi)有統(tǒng)一的系統(tǒng)時(shí)鐘，設(shè)備自己內(nèi)部定時(shí)?？偩€按其用法可以分成專用的和非專用的。i/o系統(tǒng)適于使用非專用系統(tǒng)。第十九頁(yè)，共60頁(yè)。圖3.9所有部件之間用專用總線互連第二十頁(yè)，共60頁(yè)。3.3.2總線的控制方式當(dāng)采用非專用總線時(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，就得有總線控制機(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)高優(yōu)先級(jí)的申請(qǐng)者取得對(duì)總線的使用權(quán)。如果總線控制邏輯基本上集中放在一起，不論是放在連接到總線的一個(gè)部件中，還是放在單獨(dú)的硬件中，都稱為集中式控制。而當(dāng)總線控制邏輯分散于連到總線的各個(gè)部件中時(shí)，就稱為分布式總線控制。這里只講集中式總線控制。第二十一頁(yè)，共60頁(yè)。圖3.10集中式串行鏈接第二十二頁(yè)，共60頁(yè)。圖3.11集中式定時(shí)查詢第二十三頁(yè)，共60頁(yè)。圖3.12集中式獨(dú)立請(qǐng)求第二十四頁(yè)，共60頁(yè)。3.3.3總線的通信技術(shù)1.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)定寬、定距的系統(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)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，且時(shí)鐘線上的干擾信號(hào)易引起誤同步。第二十五頁(yè)，共60頁(yè)。為了提高可靠性，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回答。如果同步時(shí)間片的寬度寬到能為每個(gè)字的傳送作出回答，則它必須按接到總線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。一種解決辦法是在正常時(shí)，目的部件不作回答，源部件也不等待回答信號(hào)，但如果發(fā)生錯(cuò)誤，則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)出錯(cuò)信號(hào)，這樣，就不會(huì)降低正常時(shí)總線的傳送速率。但是這種辦法中，源部件必須設(shè)置較大容量的緩沖器來(lái)保留已傳送，但未經(jīng)證實(shí)和回答過(guò)的所有數(shù)據(jù)，以備重發(fā)之用。第二十六頁(yè)，共60頁(yè)。2.異步通信由于I/O總線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。異步通信又可分為單向控制和雙向(請(qǐng)求/回答)控制兩種。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制。單向控制又有源控制和目的控制兩種。第二十七頁(yè)，共60頁(yè)。圖3.13異步單向控制通信不能保證下一數(shù)據(jù)傳送之前讓所有數(shù)據(jù)線和控制線電平信號(hào)回到初始狀態(tài)。第二十八頁(yè)，共60頁(yè)。圖3.14源控式異步雙向控制通信第二十九頁(yè)，共60頁(yè)。3.3.4數(shù)據(jù)寬度與總線線數(shù)

1.數(shù)據(jù)寬度我們這里所講的“數(shù)據(jù)寬度”指的是I/O設(shè)備取得I/O總線使用權(quán)后所傳送數(shù)據(jù)的總量。傳送完后就釋放總線，重新開(kāi)始分配總線。所以，它不同于前面講過(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)總線的線數(shù)。二次分配總線之間所傳送的數(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)完成。采用何種數(shù)據(jù)寬度與總線上各設(shè)備的工作特點(diǎn)、所采用的總線控制方式和通信技術(shù)有關(guān)。數(shù)據(jù)寬度的種類有單字(或單字節(jié))、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。第三十頁(yè)，共60頁(yè)。單字（或單字節(jié)）寬度適合于輸入機(jī)、打印機(jī)等低速設(shè)備。采用定長(zhǎng)塊寬度適合于磁盤(pán)等高速設(shè)備，可以充分利用總線可提供的帶寬?？勺冮L(zhǎng)塊寬度適合于高優(yōu)先級(jí)的中高速磁帶、磁盤(pán)。第三十一頁(yè)，共60頁(yè)。2.總線的線數(shù)

總線需要有發(fā)送電路、接收電路、傳輸導(dǎo)線或電纜、轉(zhuǎn)接插頭和電源等，這部分比起邏輯線路的成本高得多，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€的線數(shù)越多，成本越高、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。此外，總線的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，成本越高，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，其線數(shù)就應(yīng)盡可能減少。數(shù)據(jù)總線的寬度有位、字節(jié)\字或雙字等。第三十二頁(yè)，共60頁(yè)。在滿足性能要求以及所用通信類型和速率適配的情況下，應(yīng)盡量減少總線的線數(shù)。通過(guò)采用線的組合、并/串—串/并轉(zhuǎn)換和編碼可以減少總線的線數(shù)，但這通常會(huì)降低總線的流量。采用線的組合能減少只按功能和傳送方向所需的線數(shù)。例如，性質(zhì)相似、方向相反且不同時(shí)傳送的兩根單向線可用一根半雙向線代替。又例如，可通過(guò)對(duì)少數(shù)幾根多功能線進(jìn)行編碼來(lái)代替每種功能都單獨(dú)用一根線完成的很多根單功能線等等。并/串—串/并轉(zhuǎn)換是在總線兩端經(jīng)并/串、串/并轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，以便使用較少的線數(shù)，經(jīng)多次傳送后再在端點(diǎn)轉(zhuǎn)換成完整的字。串/并的程度根據(jù)系統(tǒng)成本和性能的折衷權(quán)衡選取。一位串行傳送的總線只用于遠(yuǎn)距離通信。第三十三頁(yè)，共60頁(yè)。總線標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)例1.PCI(PeripheralComponentInterconnect)即外圍器件互連，是一種為CPU和外設(shè)之間提供高性能數(shù)據(jù)通道的總線。特點(diǎn)：數(shù)據(jù)線和地址線采用多路復(fù)用結(jié)構(gòu)，減少了引腳數(shù)；PCI總線定義了兩種電信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境：5V和3.3V；總線信號(hào)與處理器無(wú)關(guān)，可以支持多系列的處理器；透明的32/64位總線，允許32位和64位總線設(shè)備相互操作；PCI支持總線擴(kuò)展和設(shè)備的自動(dòng)配置。第三十四頁(yè)，共60頁(yè)。2.USB（UniversalSerialBus）

◆

通用串行總線端口

◆

試圖取代串口、并口和PS/2的連接。

◆提供這種端口的目的提供設(shè)備快速的熱插拔和即插即用的能力。3.FireWire

◆

適用于磁盤(pán)和視頻圖像系統(tǒng)等高速設(shè)備。

◆可以實(shí)現(xiàn)即插即用，具有更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。(高達(dá)100Mbps～200Mbps，USB為12Mbps)第三十五頁(yè)，共60頁(yè)。

S總線PCIIPISCSI-2數(shù)據(jù)寬度32位32或64位16位8到16位時(shí)鐘頻率16到25MHz33MHz異步10MHz或異步總線的主設(shè)備數(shù)多個(gè)多個(gè)一個(gè)多個(gè)讀32位的帶寬33MB/s33MB/s25MB/s20MB/s或6MB/s峰值帶寬89MB/s111MB/s25MB/s20MB/s或6MB/s標(biāo)準(zhǔn)無(wú)2.0ANSIX3.129ANSIX3.131幾種常用總線第三十六頁(yè)，共60頁(yè)。

HPSummitSGIChallengeSUNXDBus數(shù)據(jù)寬度128位256位144位時(shí)鐘頻率60MHz48MHz66MHz總線的主設(shè)備數(shù)多個(gè)多個(gè)多個(gè)峰值帶寬960MB/sec1200MB/sec1056MB/sec標(biāo)準(zhǔn)無(wú)無(wú)無(wú)幾種CPU-存儲(chǔ)器總線

第三十七頁(yè)，共60頁(yè)。I/O總線設(shè)計(jì)在滿足系統(tǒng)功能和性能要求下，進(jìn)行全面權(quán)衡設(shè)計(jì)。I/O總線所需的流量取決于該總線所接的外設(shè)數(shù)量、種類以及傳輸信息方式和速率要求?？偩€的主要可選特性選擇高性能低價(jià)格總線寬度獨(dú)立的地址和數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用數(shù)據(jù)和地址總線數(shù)據(jù)總線寬度越寬越快(64/128位)越窄越便宜傳輸塊大小塊越大總線開(kāi)銷越小每次傳送單字總線主設(shè)備多個(gè)(需要仲裁)單個(gè)(無(wú)需仲裁)分離處理采用不用定時(shí)方式同步異步第三十八頁(yè)，共60頁(yè)。3.4輸入輸出系統(tǒng)概述

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。輸入/輸出系統(tǒng)的主要功能是對(duì)指定的外設(shè)進(jìn)行輸入、輸出操作，同時(shí)也完成許多其他的管理和控制。它包括：給指定外設(shè)的信息編址，連接好主存與指定外設(shè)之間的信息通路，完成在指定外設(shè)編址區(qū)和由操作系統(tǒng)指定的主存空間之間進(jìn)行所要求的信息傳送(輸入時(shí)是將外設(shè)編址區(qū)域的信息送入主存，輸出時(shí)是將主存的信息送往外設(shè)編址區(qū))。有的輸入輸出系統(tǒng)還能對(duì)要傳送的信息進(jìn)行格式變換，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。第三十九頁(yè)，共60頁(yè)。輸入輸出系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了3個(gè)階段，對(duì)應(yīng)于3種方式，即程序控制輸入輸出(包括全軟的、程序查詢狀態(tài)驅(qū)動(dòng)的、中斷驅(qū)動(dòng)的幾種)、直接存貯器訪問(wèn)(DMA)和I/O處理機(jī)方式。這3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)系統(tǒng)上作為相互補(bǔ)充。I/O處理機(jī)方式又有通道方式和外圍處理機(jī)方式：外圍處理機(jī)是一種獨(dú)立的處理性、通用性和功能都較強(qiáng)的處理機(jī)。第四十頁(yè)，共60頁(yè)。通道處理機(jī)工作原理和流量設(shè)計(jì)圖3.15通道處理機(jī)輸入輸出的主要過(guò)程第四十一頁(yè)，共60頁(yè)。圖3.16通道處理機(jī)輸入輸出主要過(guò)程的時(shí)間關(guān)系示意圖第四十二頁(yè)，共60頁(yè)。圖3.17“啟動(dòng)I/O”指令流程(注：這里的結(jié)束，表示釋放通道)第四十三頁(yè)，共60頁(yè)。圖3.18IBM370的I/O結(jié)構(gòu)第四十四頁(yè)，共60頁(yè)。1.字節(jié)多路通道

(1)字節(jié)多路通道主要為多臺(tái)低速或中速的外圍設(shè)備服務(wù)。

(2)采用分時(shí)方式工作，依靠它與CPU之間的高速數(shù)據(jù)通路分時(shí)為多臺(tái)設(shè)備服務(wù)。

(3)工作方式

◆字節(jié)交叉方式連接在通道上的各個(gè)設(shè)備輪流占用一個(gè)很短的時(shí)間片（通常小于100微秒）傳輸一個(gè)字節(jié)。第四十五頁(yè)，共60頁(yè)?！舫山M方式一個(gè)設(shè)備一次占用通道比較長(zhǎng)的時(shí)間傳輸一組數(shù)據(jù)，或者說(shuō)，設(shè)備與通道的連接可以根據(jù)需要維持到一組數(shù)據(jù)全部傳送完成。2.

數(shù)組多路通道

(1)數(shù)組多路通道適于為高速設(shè)備服務(wù)。

(2)每次選擇一個(gè)高速設(shè)備后傳送一個(gè)數(shù)據(jù)塊，并輪流為多臺(tái)外圍設(shè)備服務(wù)。

(3)數(shù)組多路通道之所以能夠并行地為多個(gè)高速外圍設(shè)備服務(wù)，是因?yàn)檫@些高速外圍設(shè)備并不能在整個(gè)數(shù)據(jù)輸入輸出時(shí)間內(nèi)單獨(dú)利用通道的全部傳輸能力。第四十六頁(yè)，共60頁(yè)。3.

選擇通道

(1)選擇通道也是為多高速外圍設(shè)備服務(wù)的。

(2)在傳送數(shù)據(jù)期間，該通道只能為一臺(tái)高速外圍設(shè)備服務(wù)，但在不同的時(shí)間內(nèi)可以選擇不同的設(shè)備。第四十七頁(yè)，共60頁(yè)。通道流量的設(shè)計(jì)通道流量是指通道在數(shù)據(jù)傳送期內(nèi)，單位時(shí)間內(nèi)傳送的字節(jié)數(shù)。它能達(dá)到的最大流量稱通道極限流量。一個(gè)通道能達(dá)到的極限流量與其工作方式、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fmax·byte=1/(TS+TD)。第四十八頁(yè)，共60頁(yè)。數(shù)組多路通道每選擇一臺(tái)設(shè)備只傳送K個(gè)字節(jié)，如果要傳送N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)間TS，所以，其通道極限流量fmax·block=K/(TS+KTD)=1/（ＴS/K+TD)。第四十九頁(yè)，共60頁(yè)。選擇通道每選擇一臺(tái)設(shè)備就把N個(gè)字節(jié)全部傳送完，其通道極限流量fmax·select=N/(TS+NTD)=1/(TS/N+TD)。顯然，若通道的TS、TD一定，且N>K時(shí)，字節(jié)多路方式工作時(shí)所能達(dá)到的極限流量最小，數(shù)組多路方式工作的居中，選擇方式工作的最大。第五十頁(yè)，共60頁(yè)。由通道工作原理可知，當(dāng)掛上設(shè)備后，設(shè)備要求通道的實(shí)際最大流量，對(duì)于采用字節(jié)交叉方式工作的字節(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，即而對(duì)于其他兩種類型的通道應(yīng)為所接各設(shè)備的字節(jié)傳送速率中最大的那個(gè)，即第五十一頁(yè)，共60頁(yè)。式中，j為通道的編號(hào)，fi·j為第j通道上所掛的第i臺(tái)設(shè)備的字節(jié)傳送速率，pj為第j號(hào)通道中所接設(shè)備的臺(tái)數(shù)。為了保證第j號(hào)通道上所掛的設(shè)備在滿負(fù)荷的最壞情況下都不丟失信息，必須滿足設(shè)備要求通道的實(shí)際最大流量不超過(guò)通道所能達(dá)到的極限流量這一流量設(shè)計(jì)的最基本原則，因此，對(duì)上述3種類型的通道應(yīng)分別滿足關(guān)系式：第五十二頁(yè)，共60頁(yè)。如果I/O系統(tǒng)有m個(gè)通道，其中1至m1為字節(jié)多路通道，m1+1至m2為數(shù)組多路通道，m2+1至m為選擇通道，則該I/O系統(tǒng)工作時(shí)的極限流量將為必然會(huì)滿足第五十三頁(yè)，共60頁(yè)。

例

設(shè)有一字節(jié)多路通道，它有3個(gè)子通道：“0”號(hào)、“1”號(hào)高速印字機(jī)各占一個(gè)子通道；“0”號(hào)打印機(jī)、“1”號(hào)打印機(jī)和“0”號(hào)光電輸入機(jī)合用一個(gè)子通道。假定數(shù)據(jù)傳送期內(nèi)高速印字機(jī)每隔25μs發(fā)一個(gè)字節(jié)請(qǐng)求，低速打印機(jī)每隔150μs發(fā)一個(gè)