第3章节李学干计算机系统结构课件(1503KB).ppt

图 3.13 异步单向控制通信 图 3.14 源控式异步双向控制通信 3.2.4 数据宽度与总线线数 1. 数据宽度 我们这里所讲的“数据宽度”指的是I/O设备取得I/O总线使用权后所传送数据的总量。传送完后就释放总线，重新开始分配总线。所以，它不同于前面讲过的数据通路宽度。数据通路宽度指的是数据传送的物理宽度，即一个时钟周期所传送的信息量， 它直接取决于数据总线的线数。二次分配总线之间所传送的数据宽度可能要经许多个时钟周期的分次传送来完成。采用何种数据宽度与总线上各设备的工作特点、所采用的总线控制方式和通信技术有关。数据宽度的种类有单字(或单字节)、定长块、 可变长块、单字加定长块和单字加可变长块等。 2. 总线的线数 总线需要有发送电路、接收电路、传输导线或电缆、转接插头和电源等，这部分比起逻辑线路的成本高得多，而且转接器往往占系统物理空间的相当部分，是降低系统可靠性的主要部分。总线的线数越多，成本越高、干扰越大、可靠性越低、占用的空间也越大，当然传送速度和流量也越高。 此外，总线的长度越长，成本越高，干扰越大，波形畸变越严重，可靠性越低。为此，越是长的总线，其线数就应尽可能减少。数据总线的宽度有一位、一个字节或一个全字等等。 在满足性能要求以及所用通信类型和速率适配的情况下， 应尽量减少总线的线数。通过采用线的组合、并/串—串/并转换和编码可以减少总线的线数， 但这通常会降低总线的流量。 采用线的组合能减少只按功能和传送方向所需的线数。例如，性质相似、方向相反且不同时传送的两根单向线可用一根半双向线代替。又例如，可通过对少数几根多功能线进行编码来代替每种功能都单独用一根线完成的很多根单功能线等等。并/串—串/并转换是在总线两端经并/串、串/并转换器转换，以便使用较少的线数，经多次传送后再在端点转换成完整的字。串/并的程度根据系统成本和性能的折衷权衡选取。一位串行传送的总线只用于远距离通信。 3.4 通 道 处 理 机 3.4.1 工作原理 图 3.15 通道处理机输入输出的主要过程 图 3.16 通道处理机输入输出主要过程的时间关系示意图 图 3.11 “启动I/O”指令流程(注： 这里的结束， 表示释放通道) 图 3.18 IBM 370 的I/O结构 3.4.2 通道流量的分析 通道流量是指通道在数据传送期内，单位时间内传送的字节数。 字节多路通道每选择一台设备只传送一个字节， fmax·byte=1/(TS+TD)。 数组多路通道每选择一台设备只传送K个字节， fmax·block=K/(TS+KTD)=1/（ＴS/K+TD)。 选择通道每选择一台设备就把N个字节全部传送完， fmax·select=N/(TS+NTD)=1/(TS/N+TD)。 若通道的TS、TD一定，且NK时，字节多路方式工作时所能达到的极限流量最小，数组多路方式工作的居中，选择方式工作的最大。 由通道工作原理可知，当挂上设备后，设备要求通道的实际最大流量， 对于采用字节交叉方式工作的字节多路通道应为该通道所接各设备的字节传送速率之和， 即 而对于其他两种类型的通道应为所接各设备的字节传送速率中之最大的那个， 即 式中，j为通道的编号，fi·j为第j通道上所挂的第i台设备的字节传送速率，pj为第j号通道中所接设备的台数。 为了保证第j号通道上所挂的设备在满负荷的最坏情况下都不丢失信息，必须满足设备要求通道的实际最大流量不超过通道所能达到的极限流量这一流量设计的最基本原则，因此，对上述 3 种类型的通道应分别满足关系式： 如果I/O系统有m个通道，其中1至m1为字节多路通道，m1+1至m2为数组多路通道，m2+1至m为选择通道，则该I/O系统工作时的极限流量将为 必然会满足 设有一字节多路通道，它有 3 个子通道：“0”号、“1”号高速印字机各占一个子通道；“0”号打印机、 “1”号打印机和“0”号光电输入机合用一个子通道。假定数据传送期内高速印字机每隔 25 μs发一个字节请求，低速打印机每隔 150 μs发一个字节请求，光电输入机每隔 800 μs发一个字节请求，则这 5 台设备要求通道的流量为 图 3.19 字节多路通道响应和处理各设备请求的时间示意图 3.4.3 外 围 处 理 机 图 3.20 CYBER 170 的结构 外围处理机子系统包括分时使用主存的 10 台PPU， 通过输入输出交叉开关网络(I/O Crossbar Sw