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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