第4章輸入輸出系統(tǒng)-資料下載頁(yè)

【導(dǎo)讀】輸入輸出系統(tǒng)是處理機(jī)與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的通道。輸入輸出系統(tǒng)最典型地反映著硬件與軟件的相互結(jié)合。了解輸入輸出設(shè)備的具體細(xì)節(jié)。對(duì)于一般輸入輸出設(shè)備,如果處理機(jī)提供的服務(wù)不及時(shí)，可能丟失數(shù)據(jù)，或造成外圍設(shè)備工作的錯(cuò)誤。及時(shí)，可能造成巨大的損失，甚至造成人身傷害。理機(jī)必須及時(shí)處理。獨(dú)立于具體設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)接口。例如，串行接口、并行。準(zhǔn)接口與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接。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)。針對(duì)實(shí)時(shí)性，采用層次結(jié)構(gòu)的方法，針對(duì)異步性，采用自治控制的方法，處理機(jī)執(zhí)行指令的速度為1GIPS，字長(zhǎng)32位，因此，處理機(jī)的實(shí)際利用率只有即4千萬(wàn)分之一。改變各臺(tái)外圍設(shè)備的優(yōu)先級(jí)。現(xiàn)在現(xiàn)行程序的什么地方是事先不知道的事件時(shí)，完成后再返回來(lái)繼續(xù)執(zhí)行原先的程序。能夠處理例外事件。傳送過(guò)程不需要CPU的干預(yù)。把主存地址送入主存地址寄存器，并啟動(dòng)主存儲(chǔ)器，把DMA控制器內(nèi)的數(shù)據(jù)交換個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)器中的內(nèi)容減１。整個(gè)工作流程全部用硬件完成。

　　

【正文】 LETE≤fMAXSELETE fBLOCK≤fMAXBLOCK 例 ： 一個(gè)字節(jié)多路通道連接 D D D D D5共 5臺(tái)設(shè)備，這些設(shè)備分別每 10us、 30us、 30us、50us和 75us發(fā)出一次數(shù)據(jù)傳送請(qǐng)求。 (1)計(jì)算這個(gè)通道的實(shí)際流量和工作周期 。 (2)如果這個(gè)字節(jié)多路通道的 最大流量正好等于通道實(shí)際流量 ， 并假設(shè)數(shù)據(jù)傳輸率高的設(shè)備 ， 其優(yōu)先級(jí)也高 。 5臺(tái)設(shè)備在 0時(shí)刻同時(shí)向通道發(fā)出第一次傳送數(shù)據(jù)的請(qǐng)求 ， 并在以后的時(shí)間里按照各自的數(shù)據(jù)傳輸率連續(xù)工作 。 畫(huà)出通道分時(shí)為各臺(tái)設(shè)備服務(wù)的時(shí)間圖 ， 并計(jì)算處理完各設(shè)備的第一次請(qǐng)求的時(shí)刻 。 (3)從時(shí)間圖中發(fā)現(xiàn)什么問(wèn)題 ？ 如何解決 ？ 解 ： (1) 通道的實(shí)際流量為： fBYTE＝ (1/10+1/30+1/30+1/50+1/75)MB/S ＝ 通道的工作周期為： t＝ 1/fBYTE ＝ 5us 通道處理完各設(shè)備這個(gè)第一次請(qǐng)求的時(shí)間： 0 1 0 2 0 3 0 4 0 50 60 70 80 D1 t D2 t D3 t D4 t D5 t (2)處理完各設(shè)備這個(gè)第一次請(qǐng)求的時(shí)間： D1： 5us； D2： 10us； D3： 20us； D4： 30us。 D5的第一次請(qǐng)求沒(méi)有響應(yīng) ， 數(shù)據(jù)丟失 。 (3) D5的第一次請(qǐng)求沒(méi)有得到響應(yīng)的原因分析 對(duì)所有設(shè)備的請(qǐng)求時(shí)間間隔取最小公倍數(shù)，在這一段時(shí)間內(nèi)通道的流量是平衡的。 可以采取下列方法： 方法一：增加通道的最大工作流量。 例如，把通道的工作流量增加到 （工作周期為 4us）。 方法二：動(dòng)態(tài)改變?cè)O(shè)備的優(yōu)先級(jí)。 例如，在 30us至 70us之間臨時(shí)提高設(shè)備 D5的優(yōu)先級(jí)。 方法三：增加緩沖存儲(chǔ)器。 例如，只要為設(shè)備 D5增加一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖寄存器，它的第一次請(qǐng)求可以在第85us處得到響應(yīng)，第二次請(qǐng)求可以在第 145us處得到響應(yīng)。 輸入輸出處理機(jī) 能夠獨(dú)立承擔(dān)輸入輸出工作的專(zhuān)用處理機(jī) 輸入輸出處理機(jī)的作用 輸入輸出處理機(jī)的種類(lèi) 輸入輸出處理機(jī)實(shí)例 輸入輸出處理機(jī)的作用 通道處理機(jī)存在的問(wèn)題： (1) 每完成一次輸入輸出操作要兩次中斷 CPU的現(xiàn)行程序。 (2) 通道處理機(jī)不能處理自身及輸入輸出設(shè)備的故障。 (3) 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、碼制轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)塊檢驗(yàn)等工作要CPU完成。 (4) 文件管理、設(shè)備管理等工作，通道處理機(jī)本身無(wú)能為力。 典型的輸入輸出處理機(jī) CPU CPU …… CPU 主存 …… 主存 內(nèi)部總線(xiàn) I/O 處理機(jī) …… I/O 處理機(jī) 設(shè) 備 控制器 … 設(shè) 備 控制器 設(shè) 備 控制器 … 設(shè) 備 控制器 設(shè) 備 控制器 設(shè)備 設(shè)備 設(shè)備 設(shè)備 設(shè)備 設(shè)備 設(shè)備 設(shè)備 輸入輸出處理機(jī)除了能夠完成通道處理機(jī)的全部功能之外 ， 還具有如下功能： (1) 碼制轉(zhuǎn)換 。 (2) 數(shù)據(jù)校驗(yàn)和校正 。 (3) 故障處理 。 (4) 文件管理 。 (5) 診斷和顯示系統(tǒng)狀態(tài) 。 (6) 處理人機(jī)對(duì)話(huà) 。 (7) 連接網(wǎng)絡(luò)或遠(yuǎn)程終端 。 輸入輸出處理機(jī)還可以根據(jù)需要完成分配給它的其它任務(wù) ， 如數(shù)據(jù)庫(kù)管理等 。 除了具有數(shù)據(jù)的輸入輸出功能之外 ， 還具有運(yùn)算功能和程序控制等功能 。 不僅能夠執(zhí)行輸入輸出指令 ， 還能夠執(zhí)行算術(shù)邏輯指令和程序控制指令等 ， 就象一般的處理機(jī)那樣 。 輸入輸出處理機(jī)的種類(lèi) 根據(jù)是否共享主存儲(chǔ)器分為： (1)共享主存儲(chǔ)器的輸入輸出處理機(jī)。 CDC公司的 CYBER， Texas公司的 ASC， (2)不共享主存儲(chǔ)器的輸入輸出處理機(jī)。 STAT100巨型機(jī) 根據(jù)運(yùn)算部件和指令控制部件是否共享分為： (1) 合用同一個(gè)運(yùn)算部件和指令控制部件。 造價(jià)低，控制復(fù)雜。如 CDCCYBER和 ASC (2) 獨(dú)立運(yùn)算部件和指令控制部件。 獨(dú)立運(yùn)算部件和指令控制部件已經(jīng)成為主流。 如 B6700大型機(jī)和 STAT100巨型機(jī)等。 輸入輸出處理機(jī)的多種組織方式： (1)多個(gè)輸入輸出處理機(jī)從功能上分工。 (2)以輸入輸出處理機(jī)作為主處理機(jī)。 (3)采用與主處理機(jī)相同型號(hào)的處理機(jī)作為輸入輸出處理機(jī)。 (4)采用廉價(jià)的微處理機(jī)來(lái)專(zhuān)門(mén)承擔(dān)輸入輸出任務(wù)。 輸入輸出處理機(jī)實(shí)例 CYBER1700大型機(jī)的輸入輸出處理機(jī) PPU0～ PPU9通過(guò)總線(xiàn)分時(shí)共享主存儲(chǔ)器，并通過(guò)交叉開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)共享 12個(gè)輸入輸出通道 每個(gè) PPU有一個(gè)容量 4K 13位的局部存儲(chǔ)器 每臺(tái) PPU有 66種指令，包括算邏指令、訪(fǎng)存指令，輸入輸出指令及程序控制指令等。 當(dāng)用戶(hù)程序需要進(jìn)行輸入輸出操作時(shí)，由中央處理機(jī)發(fā)出請(qǐng)求調(diào)用輸入輸出處理機(jī)，由輸入輸出處理機(jī)管理外圍設(shè)備完成全部輸入輸出工作。 中央處理機(jī)主存儲(chǔ)器 總線(xiàn)PPU0 PPU1 PPU2 PPU3 PPU4 PPU5 PPU6 PPU7 PPU8 PPU9交 叉 開(kāi) 關(guān) 網(wǎng) 絡(luò)通道 1 通道 2 ?? 通道 i ?? 通道 11 通道 12設(shè) 備控制器設(shè) 備控制器??設(shè) 備控制器設(shè) 備控制器設(shè) 備控制器??設(shè) 備控制器設(shè) 備控制器設(shè)備 設(shè)備 設(shè)備 設(shè)備 設(shè)備 設(shè)備 設(shè)備 設(shè)備 設(shè)備 設(shè)備C YB E R 1 7 0 0 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 本章重點(diǎn)： 練習(xí)題： 習(xí)題四： 修改： 和 題的第 4 行修改： 其中，“ 1”表示該中斷源被屏蔽，“ 0”表示該中斷源開(kāi)放。 ? 有 4個(gè)中斷處理程序，相應(yīng)的中斷請(qǐng)求優(yōu)先級(jí)從高到低為 1,2,3,蔽碼如表所示。 ? CPU中斷響應(yīng)的優(yōu)先次序是什么？ ? 如果 4個(gè)級(jí)別的中斷請(qǐng)求同時(shí)發(fā)生，請(qǐng)說(shuō)明 4個(gè)中斷處理程序被執(zhí)行完的次序。 ? 假設(shè)所有的中斷處理都需 3t，中斷響應(yīng)和中斷返回所需時(shí)間相對(duì)于中斷處理時(shí)間少得多。當(dāng)CPU正在運(yùn)行用戶(hù)程序時(shí)，同時(shí)發(fā)生第 2,3級(jí)中斷請(qǐng)求，經(jīng)過(guò) 2t同時(shí)發(fā)生 1,4級(jí)中斷請(qǐng)求。畫(huà)出程序運(yùn)行過(guò)程示意圖，說(shuō)明中斷處理程序被執(zhí)行完的次序。 ? 設(shè)某個(gè)字節(jié)多路通道的設(shè)備選擇時(shí)間 Ts=，傳送 1個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)傳送時(shí)間 Td=。若某種低速外設(shè)每隔 500us發(fā)出一次傳送請(qǐng)求，那么，該通道最多可連接多少臺(tái)這種外設(shè)？ ? 有 8臺(tái)外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸率如表所示，設(shè)計(jì)一種通道， Ts=2us， Td=2us。 ? 按字節(jié)多路通道設(shè)計(jì)，通道的最大流量是多少？若希望從 8臺(tái)外設(shè)中至少選擇 4臺(tái)外設(shè)同時(shí)連接到該通道上，而且盡量多連接傳輸速率高的外設(shè)，那么，應(yīng)選擇哪些外設(shè)連接到該通道上？ ? 按數(shù)組多路通道設(shè)計(jì)，且通道一次傳送定長(zhǎng)數(shù)據(jù)塊的大小為 k＝ 512B，通道的最大流量是多少？從 8臺(tái)外設(shè)中應(yīng)選擇哪些外設(shè)連接到該通道上？