计算机系统结构（独立本科段）第3章.ppt

输入输出系统有3种基本方式 由CPU直接执行I/O程序的程序控制输入输出(其中又有全软的、查询式的和中断方式的3种)方式、 全部由DMA控制器硬件执行的直接存储器(DMA)方式， 由专设的I/O处理机来执行I/O程序，软硬结合地实现的I/O处理机方式。 I/O处理机的方式又有通道处理机和外围处理机两种不同的形式。 I/O系统发展的趋势 I/O系统越来越多地采用多微处理器的分布外处理系统，采用通道和外围处理机两种方式的结合。 3.2 总线设计 3.2.1 总线的类型 3.2.2 总线的控制方式 当采用非专用总线时，由于可能发生多个设备或部件同时申请使用总线，就得有总线控制机构来按照某种优先次序裁决，保证在同一时间内只能有一个高优先级的申请者取得对总线的使用权。 如果总线控制逻辑基本上集中放在一起，不论是放在连接到总线的一个部件中，还是放在单独的硬件中，都称为集中式控制。 而当总线控制逻辑分散于连到总线的各个部件中时，就称为分布式总线控制。 这里只讲集中式总线控制。 * 第3章 总线、中断与输入输出系统 第 3 章 总线、中断与输入输出系统 3.1 输入输出系统的基本概念 3.2 总线设计 3.3 中断系统 3.4 通道处理机 3.1输入输出系统的基本概念 多用户计算机的I/O系统应面向操作系统设计 在低性能单用户的计算机系统中，输入输出是直接在应用程序中进行安排的。 而在高性能多用户的计算机系统中，各个用户共享着整个I/O系统。为了防止各用户使用I/O系统的冲突，保证整个系统工作的安全可靠，提高I/O系统的工作效率。只能是由用户程序向系统发出要求输入输出的请求，再经操作系统来统一调度和安排输入输出操作。所以，多用户计算机的输入输出系统应当是面向操作系统来设计的，考虑如何在操作系统和输入输出系统之间进行软、硬件的功能分配。 总线有可能成为整个系统在速度性能上的瓶颈；总线出现故障时，容易导致整个I/O系统工作瘫痪。 系统的成本低；模块性强；可扩充性好；容易通过采用多重总线方式，来提高总线的带宽或提高总线的可靠性。 非专用总线是能被多种功能或多个部件所分时共享的。 总线线数多，N个部件用双向专用总线互联，共需N*(N—1)/2组总线；总线的时间利用率低；不利于系统的模块化；系统的可扩充性差。 系统的流量高；可靠性好；控制简单。 专用总线只连接一对物理部件。 缺点 优点 类别 图 3.10 集中式串行链接 图 3.11 集中式定时查询 图 3.12 集中式独立请求 1. 同步通信 同步通信时，两个部件之间的信息传送是通过定宽、定距的系统时标进行同步的。这种方式的信息传送速率高，受总线的长度影响小，但会因时钟在总线上的时滞而造成同步误差， 且时钟线上的干扰信号易引起误同步。 3.2.3 总线的通信技术 为了提高可靠性，要求目的部件对数据是否已被接收以及是否正确均能给以回答。如果同步时间片的宽度宽到能为每个字的传送作出回答，则它必须按接到总线上的最低速的部件来考虑，这就会使同步通信的数据传送速率低于后面讲的异步通信。 一种解决办法是在正常时，目的部件不作回答，源部件也不等待回答信号， 但如果发生错误， 则目的部件将在同步时间片过去之后，发回源部件一个出错信号，这样，就不会降低正常时总线的传送速率。但是这种办法中，源部件必须设置较大容量的缓冲器来保留已传送， 但未经证实和回答过的所有数据，以备重发之用。 2. 异步通信 由于I/O总线一般是为具有不同速度的许多I/O设备所共享，因此宜于采用异步通信。异步通信又可分为单向控制和双向(请求/回答)控制两种。 单向控制指的是通信过程只由目的或源部件中的一个控制。而双向控制是由源和目的双方共同控制。单向控制又有源控制和目的控制两种。 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 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。 3.2.4 数据宽度与总线线数 2. 总线的线数 总线需要有发送电路、接收电路、传输导