计算机组织与结构第5章-4节.ppt

* * * * * * * * * * * 计算机组织与结构 授课教师：李静梅 授课班级2012、2013、2014、2021 时间：2014年秋季学期 哈尔滨工程大学 Harbin Engineering UNIVERSITY 软件学院必修课 软件学院必修课 一、通道的工作原理与工作过程 二、具有通道的计算机系统结构 三、通道的类型 四、通道的流量分析 五、外围处理机 5.4 通道处理机与外围处理机 1、背景、目态指令、管态指令 一、通道的工作原理与工作过程 为了防止用户窃取系统中的不该让其读出的内容，也为了防止用户自行输入而破坏其它用户程序和系统程序，目前的计算机已禁止用户直接安排输入输出，而将输入输出功能改成由中央处理机控制的管态指令，使得用户在目态程序中无权使用这些指令。 广义指令由访管指令和若干参数组成，它的操作码实质上就是对应此广义指令的管理程序的入口地址。当用户的目态程序执行到目态访管指令后，产生自愿访管中断，CPU响应此中断后，进入管态，完成相应的工作。 这样，每完成一次I/O操作CPU只需二次进管，大大减少了对目态程序的干扰，提高CPU与外设操作的重叠程度。同时，系统中多个通道都有自己的通道程序，可以并行工作，且每个通道上挂接的多台外设也是并行工作的。 CPU与多道程序 CPU与多个通道 通道与通道 每个通道的各个设备之间 二、具有通道的计算机系统结构 都是并行的 三、通道的类型 三、通道的类型(1、字节多路通道) 适用于连接大量象光电机等字符类低速设备，通道的“数据宽度”为单字节，以字节交叉方式轮流地为多台外设服务。字节多路通道可以有多个子通道，彼此能独立地执行通道指令。各个子通道间是并行工作的，以字节宽度分时进出主通道，接在每个子通道上多台设备也能分时使用子通道。 三、通道的类型(2、数组多路通道) 宜于挂多台高速的磁盘存储器，“数据宽度”为定长块，以成组交叉方式轮流的为多台外设服务，假定定长块为K。 三、通道的类型(3、选择通道) 宜于接高优先级的高速磁盘等设备，“数据宽度”为可变长块，某台设备被选中使用通道后，就独占通道，直到把设备的信息量传完才释放通道。 四、通道的极限流量分析 通道流量：通道在数据传送期间，单位时间内所传送的字 节数。 通道的极限流量：通道在数据传送期间，所能达到的最大 流量。 极限流量与三个因素有关 选择一次设备所花的时间TS 传送一个字节的时间TD 通道的工作方式 1.通道极限流量的设计 字节多路通道： 数组多路通道： 选择通道： 显然，TS和TD都是定值，当NK时，总有： 2.诸设备要求j号子通道提供的流量能力分析 分析对象为j号子通道，上边挂接了Pj台外设 ： 若j为字节多路通道： 若j为数组多路通道： 若j为选择通道： 字节多路通道： 数组多路通道： 选择通道： 显然，TS和TD都是定值，当NK时，总有： 2.诸设备要求j号子通道提供的流量能力分析 2.诸设备要求j号子通道提供的流量能力分析 显然，设备要求通道的实际最大流量只有小于等于 通道所能达到的极限，才能保证挂在j号子通道上的所有 设备在满负荷工作的最坏情况下不丢失信息，这一条也是通道流量设计的最基本原则。 3.整个I/O系统流量的设计 可以用等式左右两边的差值的大小衡量I/O系统流量利用率的情况。差值越小，利用率越高，设计就越合理。另外，CPU要使用主存，通道也要访问主存，所以计算机系统的主存流量应为二者的流量之和。 例5－5：设有一字节多路通道，由3个子通道组成。共有5台外设分别挂在这3个子通道上，其中A、B二个高速印字机各占一个子通道，各自以每25μs的时间间隔发一个字节请求；C、D是二台低速印字机，E是一台光电输入机，它们3台外设合用一个子通道，C、D各自以每150μs的时间间隔发一个字节请求，而E以每800μs的时间间隔发一个字节请求。 例5－6：若通道的Ts = 9.8us,TD = 0.2us,某类低速设备每隔500us发出一个字节数字传送请求，问至多可以挂几台这类低速设备？对A、B、C、D、E、F 6台高速设备