计算机体系结构——CH4 输入输出系统

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计算机体系结构——CH4 输入输出系统

输入输出原理

特点

  • 实时性
  • 与设备无关性
  • 异步性

输入输出系统的组织方式

  • 自治控制
  • 层次控制
  • 分类控制

基本输入输出方式

  • 程序控制输入输出方式

    • 由CPU进行轮流循环测试方法,分时为外围设备服务
  • 中断输入输出方式

    • 进行中断处理
    • 输入输出都要经过CPU
  • 直接存储器访问方式(DMA)

    • 设备与主存交换数据

    • 不经过CPU

    • 总线由DMA控制器掌握

      • DMA控制器复杂

中断系统

中断源

  • 引起中断的各种事件称为中断源

  • 具备多样性

    • 由外围设备引起的中断
    • 由处理器本身引起的中断
    • 由存储器产生的中断
    • 由控制器产生的中断
    • 由总线产生的中断
    • 实时控制过程控制产生的中断
    • 硬件故障中断等等
  • 中断源的分类组织

    • 目的

      • 在响应中断后能尽快找到中断入口
    • 为每一类中断源分配一个硬件的中断入口

      • 由硬件来分类
    • 紧迫程度

      • 可屏蔽中断
      • 不可屏蔽中断
  • 中断优先级

    • 依据各因素进行优先级的排序

终端系统的软硬件分配

  • 主要考虑的两个因素

    • 中断响应时间
    • 灵活性
  • 中断处理过程

    • 必须用硬件实现的

      • 保存中断点
      • 进入中断服务程序入口
    • 必须用软件实现的

      • 中断服务
      • 返回中断点

中断响应时间

  • 中断源发出中断请求,到处理机开始执行这个中断服务程序为止的时间

中断源的识别方式

  • 查询法

  • 软件排队链法

  • 硬件排队链法

  • 中断向量法

  • 独立请求法

    • 分组独立请求法

      • 个人PC常用

中断现场的保存与恢复

  • 程序计数器PC
  • 基址寄存器等硬件
  • 软件现场

中断屏蔽

  • 目的

    • 在硬件确定了中断优先级的情况下,改变中断源的中断服务顺序
    • 决定设备是否采用中断方式工作
    • 在多处理机系统,把外围设备的服务工作分配到不同的处理机上
  • 方法

    • 每级中断源设置一个中断屏蔽码
    • 改变处理机的优先级

输入输出处理机

作用

  • 除了能完成通道处理机全部功能外
  • 码制转换
  • 数据校验与校正
  • 故障处理等等

种类

  • 根据是否共享主存分类
  • 根据运算部件和指令控制部件是否共享分类

通道处理机

作用与功能

  • 使用N条通道,连接外设,每条通道连接N台外设,组成数据通路
  • 接受CPU发来的指令,选择一台指定的外围设备与通道相连接
  • 执行CPU为通道组织的通道程序
  • 等等

工作过程

  • 使用访管命令,CPU通过管理程序组织通道程序,启动通道
  • 通道处理器执行通管程序,完成指定的数据输入输出工作
  • 通道程序结束后再次调用管理程序进行处理

通道种类

  • 字节多路通道

    • 为多台低中速外围设备服务
  • 选择通道

    • 为高速外围设备服务
  • 数组多路通道

    • 字节多路通道和选择通道的结合

通道中的数据传输过程

通道流量分析

  • 通道流量

    • 又称通道吞吐率

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