《计算机原理》课件第7章.ppt

7.2.4通道方式为了使CPU摆脱繁重的输入/输出操作，提高系统附加硬件的利用率，在大型计算机系统中采用通道方式传输数据是一种比较好的选择。通道处理机能够负担外围设备的大部分输入/输出工作，包括所有按字节传输方式工作的低速和中速外围设备，按数据块传输方式工作的高速外围设备。在一台大型计算机系统中可以有多个通道，一个通道可以连接多个外围设备控制器，而一个设备控制器又可以管理一台或多台外围设备，这样就形成了非常典型的输入输出系统的四级层次结构。1．通道的基本功能通道的基本功能是执行通道指令，组织外围设备和内存之间的数据传输，按I/O指令要求启动外围设备，向CPU报告中断等，具体功能有：第一，接收CPU的I/O指令，按指令要求与指定的外围设备进行通信；第二，从内存中取出属于该通道程序的通道指令，经译码后向设备控制器或外围设备发出各种命令；第三，组织外围设备与内存之间进行数据传输，并根据需要提供数据传输的缓存空间，提供数据存入内存的地址和传输的数据量；第四，从外围设备得到状态信息，形成并保存通道本身的状态信息，根据要求将这些状态信息送到内存的指定单元，供CPU使用；第五，将外围设备的中断请求和通道本身的中断请求，按次序向CPU报告。2．通道的分类根据通道的工作方式不同，可将通道分为字节多路通道、选择通道和数组多路通道。1)字节多路通道字节多路通道是一种简单的共享通道，主要用于连接大量的低速设备。由于外围设备的工作速度较慢，通道在传输两个字节之间有很多空闲时间，利用这段空闲时间，字节多路通道可以为其他外围设备服务。因此，字节多路通道采用分时工作方式，依靠它与CPU之间的高速总线分时为多台外围设备服务。2)选择通道选择通道用于连接高速的外围设备。高速外围设备需要很高的数据传输率，因此不能采用字节多路通道那样的控制方式。选择通道在物理上可以连接多台外围设备，但多台设备不能同时工作，也就是说，在一段时间内，选择通道只能为一台外围设备服务，在不同的时间内可以选择不同的外围设备。一旦选中某一设备，通道就进入“忙”状态，直到该设备数据传输工作结束后，才能为其他设备服务。3)数组多路通道数组多路通道是字节多路通道和选择通道的结合，它的基本思想是：当某设备进行数据传输时，通道只为该设备服务；当设备在进行寻址等控制性操作时，通道暂时断开与该设备的连接，挂起该设备的通道程序，去为其他设备服务，即执行其他设备的通道程序。由于数组多路通道既保持了选择通道高速传输数据的优点，又充分利用了控制性操作的时间间隔为其他设备服务，使通道效率充分得到发挥，因此，数组多路通道在实际的计算机系统中应用得最多。3．通道的工作过程通道的工作过程可分为启动通道、数据传输、结束通道三个阶段，其工作示意图如图7-24所示。图7-24通道工作过程1)启动通道在用户程序中使用访管指令进入管理程序，由CPU通过管理程序组织一个通道程序，并启动通道。广义指令由一条访管指令和若干个参数组成，访管指令的地址码部分实际上是这条访管指令要调用的管理程序入口地址。当用户程序执行到要求进行输入/输出操作的访管指令时，产生自愿访管中断请求。CPU响应这个中断请求后，转入管理程序入口。管理程序根据广义指令提供的参数，如设备号、交换长度和主存起始地址等信息来编制通道程序，在通道程序的最后，用一条启动输入/输出指令来启动通道开始工作。2)数据传输通道处理机执行CPU为它组织的通道程序，完成指定的数据输入/输出工作。通道被启动后，CPU就可以退出操作系统的管理程序，返回到用户程序中继续执行原来的程序，而通道开始传输数据。3)结束通道当通道处理机执行完通道程序的最后一条通道指令——“断开通道指令”时，通道的数据传输工作就全部结束了。通道程序结束后向CPU发出中断请求。CPU响应这个中断请求后，第二次进入操作系统，调用管理程序对输入/输出中断进行处理。如果是正常结束，管理程序进行必要的登记等工作；如果是故障、错误等异常情况，则进行例外情况处理。然后CPU返回到用户程序继续执行。总之，每完成一次输入/输出工作，CPU只需要两次调用管理程序，大大减少了对用户程序的打扰。当系统中有多个通道同时工作时，CPU与多种不同类型、不同工作速度的外围设备并行工作，可以充分发挥效能。关联习题7.1什么是接口？为什么需要接口？接口有哪些主要功能？7.2什么是端口？端口有哪些编址方式？这些编址方式各有什么特点？7.3CPU外设之间一般有哪些信息传输方式？它们各有什么特点？7.4简述以中断方式传送一个数据信息的过程。7