設備管理概述(ppt142頁)(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 交叉連接 （ 5） 通道工作原理 通道相當于一個功能簡單的處理機，包含通道指令（空操作，讀操作，寫操作，控制，轉移操作），并可執行用這些指令編寫的通道程序 ? 通道運算控制部件 通道地址字 CAW： 記錄通道程序在內存中的地址 通道命令字 CCW： 保存正在執行的通道指令 通道狀態字 CSW： 存放通道執行后的返回結果 通道數據字 CDW： 存放傳輸數據 通道和 CPU共用內存，通過周期竊取方式取得 ? 通道命令及格式 用于 I/O操作的命令主要有兩種： I/O指令：啟動通道程序 通道命令：對 I/O操作進行控制 讀、反讀、寫、測試設備狀態的數據傳輸命令、用于設備控制的命令（磁帶反繞、換頁）、實現通道程序內部控制的轉移命令 命令格式一般包括：操作碼、數據傳輸內存地址、特征位、計數器 編制一個通道程序，從磁帶機上讀入 200字節的信息，送入內存（ 1000） 16 開始的單元。 通道命令碼：“ 07” 反繞 “ 02” 讀 CCW1 X “07” * X “40” 1 ； CCW2 X “02” 1000 X “00” 200 ； ? 工作原理 CPU：執行用戶程序，當遇到 I/O請求時，可根據該請求生成通道程序放入內存（也可事先編好放入內存），并將該通道程序的首地址放入 CAW中；之后執行“啟動 I/O” 指令，啟動通道工作 通道：接收到“啟動 I/O” 指令后，從 CAW中取出通道程序的首地址，并根據首地址取出第一條指令放入 CCW中，同時向CPU發回答信號，使 CPU可繼續執行其他程序，而通道則開始執行通道程序，完成傳輸工作 （通道程序完成實際 I/O，啟動 I/O設備，執行完畢后 ,如果還有下一條指令，則繼續執行 , 否則表示傳輸完成） 當通道傳輸完成最后一條指令時 ， 向CPU發 I/O中斷 ， 并且通道停止工作 。CPU接收中斷信號 ， 從 CSW中取得有關信息 ， 決定下一步做什么 通道的發展 ? 新的通道思想綜合了許多新的技術 ? 在個人計算機中，芯片組中專門 I/O處理的芯片，稱為IOP（ IO Processor），發揮通道的作用 ? IBM 390 中，沿用了輸入輸出通道概念 IBM于 1998年推出光纖通道技術（稱為 FICON），可通過 FICON 連接多達 127個大容量 I/O設備。傳輸速度是 333MHz／ s，未來將達到 1GHz／ s。 光纖通道技術具有數據傳輸速率高、傳輸距離遠，可簡化大型存儲系統設計的優點 在大容量高速存儲，如大型數據庫、多媒體、數字影像等應用領域，有廣泛前景 數據在內存與 I/O設備間的直接成塊傳送 CPU在開始時向設備發“傳送一塊”命令，結束時進行相應處理，實際操作由 DMA硬件直接完成 DMA能夠通過系統總線代替 CPU管理數據的存入或取出 ? 當 CPU不需要系統總線時可以使用總線 ? DMA可以強迫 CPU暫時延遲其他操作，獲取一個總線周期（周期竊取） DMA方式與中斷的主要區別 ? 中斷方式是在數據緩沖寄存區滿后，發中斷請求， CPU進行中斷處理 DMA方式則是在所要求傳送的數據塊全部傳送結束時要求 CPU進行中斷處理 大大減少了 CPU進行中斷處理的次數 ? 中斷方式的數據傳送是由 CPU控制完成的 而 DMA方式則是在 DMA控制器的控制下不經過 CPU控制完成的 不用 DMA時，磁盤如何讀： 首先，控制器從磁盤驅動器串行地一位一位地讀一個塊，直到將整塊信息放入控制器的內部緩沖區中 其次，它做和校驗計算，以核實沒有讀錯誤發生 然后控制器產生一個中斷。 CPU響應中斷，控制轉給操作系統。當操作系統開始運行時，它重復地從控制器緩沖區中一次一個字節或一個字地讀這個磁盤塊的信息，并將其送入內存中 采用 DMA方式時，允許 DMA控制器接管地址線的控制權，直接控制 DMA控制器與內存的數據交換。從而使磁盤設備與儲器之間的數據傳送不需要 CPU介入，因而減輕了 CPU負擔 當采用 DMA時，除向控制器提供要讀塊的磁盤地址外，還要向控制器提供兩個信息：要讀塊送往內存的起始地址和要傳送的字節數 當 DMA硬件控制磁盤與存儲器之間進行信息交換時，每當磁盤把一個數據讀入控制器的數據緩沖區時， DMA控制器取代 CPU，接管地址總線的控制權，并按照 DMA控制器中的存儲器地址寄存器內容把數據送入相應的內存單元中。然后，DMA硬件自動地把傳送字節計數器減 1，把存儲器地址寄存器加 1，并恢復 CPU對內存的控制權，DMA控制器對每一個傳送的數據重復上述過程，直到傳送字節計數器為“ 0” 時，向 CPU產生一個中斷信號。當操作系統接管 CPU控制權時，再無需做塊復制的工作了 控制器按照指定存儲器地址，把第一個字節送入主存 然后，按指定字節數進行數據傳送 每當傳送一個字節后，字節計數器值減 1，直到字節計數器等于 0 此時，控制器引發中斷，通知操作系統，操作完成 CPU提供 被讀取塊磁盤地址 目標存儲地址 待讀取字節數 整塊數據讀進緩沖區 核準校驗 DMA工作示例 （以硬盤為例） 存放輸入數據的內存起始地址、要傳送的字節數 送入 DMA控制器的內存地址寄存器和傳送字節計數器 中斷允許位和啟動位置成 1，啟動設備 ? 發出傳輸要求的進程進入等待狀態 ? 執行指令被暫時掛起，進程調度其他進程占據 CPU ? 輸入設備不斷竊取 CPU工作周期，數據不斷寫入內存 ? 傳送完畢，發出中斷信號 ? CPU接到中斷信號轉入中斷處理程序處理 ? 中斷處理結束， CPU返回原進程或切換到新的進程 DMA工作原理 —— 竊取總線控制權 CPU向控制器發出啟動 DMA通知和有關參數 控制器向內存發出詢問請求 訪問內存（讀、寫） 計數器減 1 結束否 發中斷 N Y DMA的實現流程 （ 1）緩沖技術的引入 凡是數據到達和離去速度不匹配的地方均可采用緩沖技術。 在操作系統中采用緩沖是為了實現數據的I/O操作，以緩解 CPU與外部設備之間速度不匹配的矛盾，提高資源利用率 ? 減少了 I/O設備對處理器的中斷請求次數 ? 簡化了中斷機制 ? 節省了系統開銷 4. 緩沖技術 （ 2）緩沖區設置 硬緩沖： 在設備中設置緩沖區，由硬件實現 軟緩沖： 在內存中開辟一個空間，用作緩沖區 （ 3）緩沖區管理 單緩沖 雙緩沖 緩沖池： 多個緩沖區連接起來統一管理，常采用多緩沖管理 （ 4）例子 終端輸入軟件中的鍵盤驅動程序 任務之一：收集字符 兩種常見的字符緩沖方法： ? 公共緩沖池（驅動程序中） ? 終端數據結構緩沖 終端 數據結構 公共 緩沖池 終端 0 1 2 3 終端 數據結構 終端 0 1 終端 0 的緩沖區 終端 1 的緩沖區 公共緩沖池 終端固定緩沖區 新一代計算機出現，帶來了總線技術的更新 （ 1）總線 的基本概念： 在計算機系統內各種子系統 如 CPU、內存、 I/O設備等之間 構建公用的信號或數據傳輸通道 這種可共享連接的傳輸通道稱為總線 5. 總線技術 總線的分類 CPU內存總線 I/O總線 數據總線 地址總線 控制總線 （非本課程范圍） （ 2）總線的分類 微型計算機 總線的種類和發展 PC／ XT總線 ISA總線 MCA總線 EISA總線 VESA總線 PCI總線 USB總線 …... (?) (?) (過時 ) 1394總線 SCSI總線 USB（ Universal Serial Bus）通用串行總線，是一種連接I/O串行設備的技術標準 ? 沖破了計算機技術發展的兩個歷史局限性： （ 1）由于 I/O設備的接口標準的不一致和有限的接口數