【正文】 CPU做其它事 I/O→CPU I/O→CPU 未就緒 出錯(cuò) 出錯(cuò) 就緒 就緒 I/O→CPU I/O→CPU CPU→RAM CPU→RAM 未完 未完 完成 完成 執(zhí)行下一條 I/O指令 執(zhí)行下一條 I/O指令 程序 I/O方式 向 I/O控制器發(fā)讀命令 讀 I/O控制器的狀態(tài) 檢查狀態(tài) ？ 從 I/O控制器中讀入字 向內(nèi)存中寫(xiě)入字 傳送完畢 ？ 向 I/O控制器發(fā)讀命令 讀 I/O控制器的狀態(tài) 檢查狀態(tài) ？ 從 I/O控制器中讀入字 向內(nèi)存中寫(xiě)入字 傳送完畢 ？ （ a）程序 I/O方式的流程 （ b）中斷驅(qū)動(dòng)方式的流程 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，對(duì) I/O設(shè)備的控制，廣泛地采用中 斷驅(qū)動(dòng)方式。 即當(dāng)某進(jìn)程要啟動(dòng)某個(gè) I/O設(shè)備時(shí)，便由 CPU向相應(yīng)的設(shè) 備控制器發(fā)出一條 I/O命令，然后立即返回繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)的任 務(wù)。 設(shè)備控制器便按照該命令的要求去控制 I/O設(shè)備。此時(shí)， CPU與 I/O設(shè)備處于并行工作狀態(tài)。 中斷驅(qū)動(dòng) I/O控制方式 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 例如，在輸入時(shí)，當(dāng)設(shè)備控制器收到 CPU發(fā)來(lái)的讀命令 后，便準(zhǔn)備接收從相應(yīng)輸入設(shè)備送來(lái)的數(shù)據(jù)。一旦數(shù)據(jù)進(jìn)入數(shù) 據(jù)寄存器，控制器便通過(guò)控制線向 CPU發(fā)送一中斷信號(hào)，由 CPU 檢查輸入過(guò)程中是否出錯(cuò)，若無(wú)錯(cuò)，便向控制器發(fā)取走數(shù)據(jù)的 信號(hào)，然后便通過(guò)控制器將數(shù)據(jù)寫(xiě)入指定內(nèi)存單元。 所以，中斷驅(qū)動(dòng)方式在 I/O設(shè)備輸入數(shù)據(jù)的過(guò)程中，無(wú)需 CPU干預(yù)，可以使 CPU與 I/O設(shè)備并行工作。僅當(dāng)輸完一個(gè)數(shù)據(jù) 時(shí)，才需 CPU花費(fèi)極短的時(shí)間去進(jìn)行中斷處理。從而大大地提 高了整個(gè)系統(tǒng)的資源利用率及吞吐量，特別是 CPU的利用率。 中斷驅(qū)動(dòng) I/O控制方式 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 一． DMA控制方式的引入 中斷驅(qū)動(dòng) I/O方式雖然大大提高了主機(jī)的利用率，但是它 以字（節(jié)）為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，每完成一個(gè)字（節(jié)）的傳送 ，控制器便要向 CPU請(qǐng)求一次中斷（做保存現(xiàn)場(chǎng)信息，恢復(fù)現(xiàn) 場(chǎng)等工作），仍然占用了 CPU的許多時(shí)間。 這種方式對(duì)于高速的塊設(shè)備的 I/O控制顯然是不適合。 為了進(jìn)一步減少 CPU對(duì) I/O的干預(yù)，引入了直接存儲(chǔ)器訪 問(wèn)（ Direct Memory Access）控制方式。 直接存儲(chǔ)器訪問(wèn) DMA控制方式 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 該方式的特點(diǎn)是 ： 1． 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締挝皇菙?shù)據(jù)塊 。 2. 內(nèi)存與設(shè)備之間的直接數(shù)據(jù)傳送，而不用 CPU的干預(yù)。 3. 僅在傳送一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)塊的開(kāi)始和結(jié)束時(shí) ， 才需 CPU干預(yù) ， 整塊數(shù)據(jù)的傳送是在控制器的控制下完成的 。 可見(jiàn) ， DMA方式較之中斷驅(qū)動(dòng)方式 ， 又是成百倍地減少了 CPU對(duì) I/O控制的干預(yù) ， 進(jìn)一步提高了 CPU與 I/O設(shè)備的并行操作 程度 。 直接存儲(chǔ)器訪問(wèn) DMA控制方式 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 直接存儲(chǔ)器訪問(wèn) DMA控制方式 DMA方式的流程 向 I/O控制器發(fā)布讀塊命令 讀 DMA控制器的狀態(tài) CPU－ DMA DMA－ CPU 中斷 CPU做其它事 執(zhí)行下一條指令 System BusI/OControllerI/OControllerProcessorDMAControllerMemory.....華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 二． DMA控制器的組成 1. DMA控制器 與塊設(shè)備的接口 2. I/O控制邏輯 3. 主機(jī)與 DMA控制器的接口 ? 命令 /狀態(tài)寄存器 CR 接收從 CPU發(fā)來(lái)的 I/O命令或有關(guān)的控制信息，或設(shè)備的狀態(tài) ? 內(nèi)存地址寄存器 MAR 存放數(shù)據(jù)從設(shè)備傳到內(nèi)存的目的地址，或由內(nèi)存到設(shè)備的內(nèi)存源地址 ? 數(shù)據(jù)寄存器 DR 暫存設(shè)備到內(nèi)存或內(nèi)存到設(shè)備的數(shù)據(jù) ? 數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器 DC 存放本次 CPU要讀 /寫(xiě)的字（節(jié)）數(shù) 直接存儲(chǔ)器訪問(wèn) DMA控制方式 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 直接存儲(chǔ)器訪問(wèn) DMA控制方式 CPU RAM I/O 控制 邏輯 DR MAR DC CR DMA控制器 count 主機(jī)與 控制器的接口 控制器 與塊設(shè)備的接口 命令 系統(tǒng)總線 數(shù)據(jù)寄存器 DR 內(nèi)存地址寄存器 MAR 數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器 DC 命令 /狀態(tài)寄存器 CR 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 三． DMA工作過(guò)程 當(dāng) CPU要從磁盤(pán)讀入一數(shù)據(jù)塊時(shí)： ? CPU發(fā)出讀命令－ CR ? 內(nèi)存起始目標(biāo)地址 MAR ? 數(shù)據(jù)的字（節(jié)）數(shù)－ DC ? 數(shù)據(jù)的磁盤(pán)源地址－ I/O控制邏輯 ? 啟動(dòng) DMA控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送， CPU去處理其它任務(wù) ? DMA控制器讀入一個(gè)字（節(jié)）的數(shù)據(jù) DR ? 挪用存儲(chǔ)器周期，將該字（節(jié)）的數(shù)據(jù)送到 MAR指示的內(nèi)存單元 ? MAR:=MAR＋ 1； DC:=DC1 ? IF DC==0 THEN 中斷 ELSE 傳下一字（節(jié)） 直接存儲(chǔ)器訪問(wèn) DMA控制方式 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 DMA方式工作流程 直接存儲(chǔ)器訪問(wèn) DMA控制方式 設(shè)置 CR和 DC初值 啟動(dòng) DMA傳送命令 挪用存儲(chǔ)器周期傳送數(shù)據(jù)字 MAR:=MAR+1 DC:=DC1 DC=0? 請(qǐng)求中斷 在繼續(xù)執(zhí)行用戶程序的同時(shí)，準(zhǔn)備下一次傳送 是 否 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 一． I/O通道控制方式的引入 雖然 DMA方式比中斷驅(qū)動(dòng)方式已顯著地減少了 CPU的干預(yù) ， 即由以字 （ 節(jié) ） 為單位的干預(yù)減少到以數(shù)據(jù)塊為單位的干預(yù) 。 但是 CPU每發(fā)出一條 I/O指令 ， 也只能去讀 （ 或?qū)?） 一個(gè)連 續(xù)的數(shù)據(jù)塊 。 而當(dāng)我們需要一次去讀多個(gè)離散的數(shù)據(jù)塊且將它們 分別傳送到不同的內(nèi)存區(qū)域 ， 或者相反時(shí) ， 則需由 CPU分別發(fā) 出多條 I/O指令及進(jìn)行多次中斷處理 ， 才能完成 。 I/O通道控制方式 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 一． I/O通道控制方式的引入 由于 DMA每次只能執(zhí)行一條 I/O指令 ， 不能滿足復(fù)雜的 I/O 操作要求 。 在大 、 中型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中 ， 普遍采用由專(zhuān)用的 I/O 處理機(jī)來(lái)接受 CPU的委托 ， 獨(dú)立執(zhí)行自己的程序來(lái)實(shí)現(xiàn) I/O 設(shè)備與內(nèi)存之間的信息交換 ， 這就是通道技術(shù) 。 通道技術(shù)可以進(jìn)一步減少 CPU的干預(yù) ， 即把對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)塊 為單位的讀 （ 或?qū)?） 的干預(yù) ， 減少到對(duì)一組數(shù)據(jù)塊為單位的讀 （ 或?qū)?） 的有關(guān)的控制和管理的干預(yù) 。 這樣可實(shí)現(xiàn) CPU、 通道和 I/O設(shè)備三者之間的并行工作 ， 從 而更有效地提高了整個(gè)系統(tǒng)的資源利用率和運(yùn)行速度 。 I/O通道控制方式 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 I/O通道控制方式 System BusProcessorI/O BusI/OControllerI/OControllerI/OControllerI/OControllerMemoryChannelProcessor華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 二． 通道程序 通道是通過(guò)執(zhí)行通道程序，并與設(shè)備控制器來(lái)共同 實(shí)現(xiàn)對(duì) I/O設(shè)備的控制。 通道程序是由一系列的通道指令（或稱為通道命令 ）所構(gòu)成。 通道指令與一般的機(jī)器指令不同，在每條指 令中包含的信息較多，有操作碼、內(nèi)存地址、計(jì)數(shù)（讀 或?qū)憯?shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)）、通道程序結(jié)束位 P和記錄結(jié)束標(biāo) 志 R。 I/O通道控制方式 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 三． 通道類(lèi)型 由于外圍設(shè)備的種類(lèi)較多，且其傳輸速率相差很大，所以 通道也具有多種類(lèi)型。根據(jù)信息交換方式，可以把通道分成以下 三種類(lèi)型： 1. 字節(jié)多路通道（ Byte Multiplexor Channel）