【正文】 度 A運(yùn)行時， A從 M處取數(shù)據(jù)處理。 DMA方式與中斷的主要區(qū)別n 中斷方式是在數(shù)據(jù)緩沖寄存區(qū)滿后，發(fā)中斷請求， CPU進(jìn)行中斷處理 DMA方式則是在所要求傳送的數(shù)據(jù)塊全部傳送結(jié)束時要求 CPU進(jìn)行中斷處理 大大減少了 CPU進(jìn)行中斷處理的次數(shù)n 中斷方式的數(shù)據(jù)傳送是由 CPU控制完成的 而 DMA方式則是在 DMA控制器的控制下不經(jīng)過CPU控制完成的CPU向控制器發(fā)出啟動 DMA通知和有關(guān)參數(shù)控制器向內(nèi)存發(fā)出詢問請求訪問內(nèi)存（讀、寫）計(jì)數(shù)器減 1結(jié)束否發(fā)中斷NYDMA的實(shí)現(xiàn)流程4 通道方式 I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中較為典型的I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是主機(jī)、通道、控制器和外部設(shè)備。 外部設(shè)備通常由機(jī)械的和電子的兩部分組成，電子部分構(gòu)成控制器，也叫適配器。 一個控制器可交替地控制幾臺同類設(shè)備，例如一個磁盤控制器可以控制兩臺磁盤驅(qū)動器。 在沒有通道的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，中央處理機(jī)是通過控制器控制 I/O操作的。 在采用了中斷技術(shù)以后，中央處理機(jī)和外部設(shè)備已能在一定程度上并行工作，但每傳一個信息單位（一個字節(jié)或一個字符塊），就要插入一次中斷處理，每次中斷處理 CPU少則要執(zhí)行幾十條指令，多則要執(zhí)行上千條指令，當(dāng)一個系統(tǒng)配置的設(shè)備較多時， I/O操作較為頻繁的情況下， CPU可能完全陷入 I/O處理，這樣會大大地降低計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的效率，解決的方法就是用到通道技術(shù)。 為使中央處理機(jī)從繁忙的 I/O處理中擺脫出來，現(xiàn)代大、中型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中設(shè)置了專門的處理 I/O操作的處理機(jī)，并把這種處理機(jī)稱為通道。通道在 CPU的控制下獨(dú)立地執(zhí)行通道程序，對外部設(shè)備的 I/O操作進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)存與外設(shè)之間成批的數(shù)據(jù)交換。通道 =I/O處理機(jī) 通道概念 當(dāng)完成 CPU交給的任務(wù)后，向 CPU發(fā)出中斷信號，請求 CPU的處理。這樣就使得 CPU基本上擺脫了 I/O操作的處理工作，提高了 CPU與設(shè)備之間的并行程序，從而提高了整個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的效率。 通道程序是由通道指令組成，一個通道可以分時的方式執(zhí)行幾道程序。每道程序控制一臺外部設(shè)備，因此 每道通道程序稱為子通道 。通道的種類n 字節(jié)多路通道： 字節(jié)多路通道是以字節(jié)為基本傳輸單位，當(dāng)一子通道控制的某臺外設(shè)交換了一個字節(jié)后，就轉(zhuǎn)向下一個子通道，以控制下一臺設(shè)備傳送一個字節(jié)。這就實(shí)現(xiàn)了子通道的循環(huán)輪轉(zhuǎn)，以達(dá)到多路控制的目的，字節(jié)多路通道主要用來控制低速、并且以字節(jié)為基本傳送單位的設(shè)備。如打印機(jī)。n 選擇通道： 這種通道一次執(zhí)行一個通道程序，控制一臺設(shè)備連續(xù)地傳送一批數(shù)據(jù)，當(dāng)一個程序執(zhí)行完后，才轉(zhuǎn)向下一個程序。n 優(yōu)點(diǎn)：傳輸速度高。n 缺點(diǎn)：一次只能控制一臺設(shè)備進(jìn)行 I/O操作。它主要用來控制高速外設(shè)。如磁盤。選擇通道 n 數(shù)組多路通道： 這種通道是上述兩種通道的折中，可以分時的方式執(zhí)行多道程序，每道程序可傳送一組數(shù)據(jù)。它主要用于中速設(shè)備的控制。如磁帶機(jī)。在一大型系統(tǒng)中可以同時存在這三種類型的通道以便控制各種不同類型的設(shè)備。 通道指令和通道程序 通道有它自己的指令系統(tǒng)，用這些指令編寫的程序叫通道程序，通道只能執(zhí)行通道程序，不可能執(zhí)行用戶進(jìn)程。通道程序保存在內(nèi)存中通道的工作過程某進(jìn)程在運(yùn)行過程中，若提出了 I/O請求，則通過系統(tǒng)調(diào)用進(jìn)入操作系統(tǒng)，系統(tǒng)首先為 I/O操作分配通道和外設(shè)，然后按 I/O請求生成通道程序并存入內(nèi)存，把起始地址送入通道的首地址寄存器（ CAW）， 接著CPU發(fā)出啟動通道的指令。中央處理機(jī)啟動通道后，通道的工作過程為：n 根據(jù) CAW， 從內(nèi)存取出通道指令，送入通道控制字寄存器（ CCW）， 并修改 CAW， 使其指向下一條通道指令。n 執(zhí)行 CCW中的通道指令，進(jìn)行實(shí)際的 I/O操作，執(zhí)行完畢后，如果還有下一條指令，則返回前一步，否則轉(zhuǎn)下一步。n 發(fā)出中斷信號通知 CPU通道程序已執(zhí)行完成。 通道的發(fā)展n 新的通道思想綜合了許多新的技術(shù)n 在個人計(jì)算機(jī)中，芯片組中有專門的 I/O處理芯片，稱為IOP（ IO Processor）， 發(fā)揮通道的作用n IBM 390 中，沿用了輸入輸出通道概念 IBM于 1998年推出光纖通道技術(shù)（稱為 FICON），可通過 FICON 連接多達(dá) 127個大容量 I/O設(shè)備。傳輸速度是333MHz／ s， 未來將達(dá)到 1GHz／ s。 光纖通道技術(shù)具有數(shù)據(jù)傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)，可簡化大型存儲系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn) 在大容量高速存儲，如大型數(shù)據(jù)庫、多媒體、數(shù)字影像等應(yīng)用領(lǐng)域，有廣泛前景緩沖技術(shù)n 1 引言 n 2 常用的緩沖技術(shù) 1 引言緩沖技術(shù)的目的是為了提高中央處理機(jī)與外設(shè)的并行程度。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的各種設(shè)備 (包括中央處理機(jī) )的運(yùn)行速度差異甚大， CPU的運(yùn)行速度是以微秒甚至以納秒計(jì)，而設(shè)備的運(yùn)行速度則是以毫秒甚至以秒計(jì)；（ 速度的差異 ）另一方面系統(tǒng)的 負(fù)荷也不均勻 ，有時處理機(jī)進(jìn)行大量的計(jì)算工作，沒有 I/O操作，有時又會進(jìn)行大量的 I/O操作，這兩個極端都會造成系統(tǒng)中的一些設(shè)備過于繁忙，一部分設(shè)備過于空閑，嚴(yán)重地影響 CPU與外設(shè)的并行工作。n 為此人們提出用緩沖技術(shù)來匹配 CPU與設(shè)備的速度的差異和負(fù)荷的不均勻，從而提高處理機(jī)與外設(shè)的并行程度。n 凡是數(shù)據(jù)到達(dá)和離去速度不匹配的地方均可采用緩沖技術(shù)。n 緩沖技術(shù)可以用硬件緩沖器來實(shí)現(xiàn)，在設(shè)備控制器中有硬件緩沖器，通常容量較小，一般為 1個字節(jié)。n 軟件緩沖技術(shù)是應(yīng)用廣泛的一種緩沖技術(shù)，它由緩沖區(qū)和對緩沖區(qū)的管理兩部分組成。2 常用的緩沖技術(shù)167。 單緩沖167。 雙緩沖167。 環(huán)形緩沖167。 緩沖池 （ 1）、單緩沖最簡單的一種緩沖形式。當(dāng)進(jìn)程發(fā)出一I/O請求時， OS為之分配一緩沖區(qū)。對于輸入：設(shè)備先將數(shù)據(jù)送入緩沖區(qū)，OS再將數(shù)據(jù)傳給進(jìn)程。對于輸出：進(jìn)程先將數(shù)據(jù)傳入緩沖區(qū)，OS再將數(shù)據(jù)送出到設(shè)備。思考n 單緩沖能加快進(jìn)程的執(zhí)行速度嗎？（ 2）、雙緩沖技術(shù)為了加快輸入輸出速度，引入雙緩沖技術(shù)。原理： 設(shè)置兩個緩沖區(qū) buf1和 buf2。 讀入數(shù)據(jù)時，首先輸入設(shè)備向 buf1填入數(shù)據(jù)，然后進(jìn)程從 buf1提取數(shù)據(jù)，在進(jìn)程從 buf1提取數(shù)據(jù)的同時。輸入設(shè)備向 buf2中填數(shù)據(jù)。當(dāng) buf取空時，進(jìn)程又從 buf2中提取數(shù)據(jù)，與此同時輸入設(shè)備向buf1填數(shù)。如此交替使用兩個緩沖區(qū)，使 CPU和設(shè)備的并行操作的程度進(jìn)一步提高。 （ 3）、環(huán)形緩沖技術(shù)當(dāng)生產(chǎn)和消費(fèi)數(shù)據(jù)的速度基本匹配時，雙緩沖能獲得較好效果。但若兩者速度相差甚遠(yuǎn)時，效果不太理想。但隨著緩沖區(qū)的數(shù)量增加，使情況有所改善。因此引入環(huán)形緩沖技術(shù)。環(huán)形緩沖技術(shù)是在主存中分配一組大小相等的存儲區(qū)作為緩沖區(qū)，并將這些緩沖區(qū)鏈接起來。系統(tǒng)中有個緩沖區(qū)鏈?zhǔn)字羔?，指向第一個緩沖區(qū)，每個緩沖區(qū)中有一個指向下一個緩沖區(qū)的指針，最后一個緩沖區(qū)中的指針指向第一個緩沖區(qū)，從而形成環(huán)形緩沖區(qū)鏈。 如圖 所示。系統(tǒng)可循環(huán)使用這些緩沖區(qū)。環(huán)形緩沖區(qū)用于輸入 (輸出 )時，還要有兩個指針 IN和 OUT。圖n IN指向可接收數(shù)據(jù)的空閑緩沖區(qū)的首址， OUT指針指向裝好數(shù)據(jù)且未取走的緩沖區(qū)首址。n 系統(tǒng)初啟時，指針被初始化為 IN和 OUT與首指針START相等，即 START=IN=OUT。n 對于輸入信息而言，設(shè)備接收信息時，信息輸入到IN指向的緩沖區(qū)，當(dāng)一個緩沖區(qū)裝滿后， IN指針指向下一個空閑緩沖區(qū) 。n 當(dāng)從緩沖區(qū)中提取信息時，提取由 OUT指向的緩沖區(qū)中的信息，提取完畢，將 OUT指針指向下一個裝滿信息的緩沖區(qū)。n 系統(tǒng)必須考慮到這種方案的約束條件，即INOUT( 初始狀態(tài)除外 )。n 從設(shè)備輸入信息的操作和提取信息的操作共用環(huán)形緩沖時有一定的同步關(guān)系 :OUTIN。 當(dāng) OUT到達(dá) IN時，處理數(shù)據(jù)的進(jìn)程必等待。由于該方案是個環(huán)形鏈 。故當(dāng) IN指針達(dá)到最后一個緩沖區(qū)時，它將指向 START指n 當(dāng) IN到達(dá) OUT時，從設(shè)備輸入信息的操作也必須等待。 （ 4）、緩沖池環(huán)形緩沖區(qū)一般用于特定的進(jìn)程，屬于專用緩沖區(qū)，當(dāng)系統(tǒng)較大時，將會有許多這樣的環(huán)形緩沖區(qū)，這不僅要消耗大量的內(nèi)存空間，利用率也不高。為了提高緩沖區(qū)的利用率，目前廣泛流行公用緩沖池，池中的緩沖區(qū)可供多個進(jìn)程共享。緩沖池由內(nèi)存中一組大小相等的緩沖區(qū)組成，池中各緩沖區(qū)的大小與用于 I/O的設(shè)備的基本信息單位相似，緩沖池屬于系統(tǒng)資源，由系統(tǒng)進(jìn)行管理。緩沖池中各緩沖區(qū)可用于輸出信息，也可用于輸入信息，并可根據(jù)需要組成各種緩沖區(qū)隊(duì)列。 緩沖池的管理1. 緩沖池的結(jié)構(gòu)緩沖池由多個緩沖區(qū)組成。而一個緩沖區(qū)由兩部分組成 : 一部分是用來標(biāo)識該緩沖器和用于管理的緩沖首部，另一部分是用于存放數(shù)據(jù)的緩沖體。這兩部分有一一對應(yīng)的映射關(guān)系。對緩沖池的管理是通過對每一個緩沖器的緩沖首部進(jìn)行操作實(shí)現(xiàn)的。緩沖首部如圖所示。它包括設(shè)備號、設(shè)備上的數(shù)據(jù)塊號 (塊設(shè)備時 )、互斥標(biāo)識位以及緩沖隊(duì)列連接指針和緩沖器號等。緩沖首部系統(tǒng)把各緩沖區(qū)按其使用狀況連成三種隊(duì)列:?（ 1）空白緩沖隊(duì)列 em， 其隊(duì)首指針為 F(em)， 隊(duì)尾指針為 L(em)。（ 2） 裝滿輸入數(shù)據(jù)的輸入緩沖隊(duì)列 in， 其隊(duì)首指針為 F(in)， 隊(duì)尾指針為 L(in)。（