【正文】 沖區(qū) R168。2/8/2023 45① 循環(huán)緩沖的組成n 多個(gè)緩沖區(qū)。2/8/2023 442）循環(huán)緩沖 (circular buffer)n 輸入與輸出速度基本相匹配，采用雙緩沖能獲得較好的效果，基本上能并行操作。兩個(gè)緩沖區(qū)， CPU和外設(shè)都可以 連續(xù)處理 無(wú)需等待對(duì)方。 進(jìn)一步加快輸入和輸出速度，提高設(shè)備利用率168。單緩沖下， T、 C可并行。 字符設(shè)備輸入時(shí)，緩沖區(qū)用于暫存用戶輸入 /輸出的一行數(shù)據(jù)；168。168。2/8/2023 39n 引入緩沖區(qū)的主要原因：168。u但分析單個(gè)程序內(nèi)的執(zhí)行uCPU計(jì)算工作需等待后續(xù)數(shù)據(jù)輸入才可繼續(xù)uCPU計(jì)算需等待數(shù)據(jù)輸入完才能計(jì)算，雖然數(shù)據(jù)輸入不需 CPU干預(yù)，但 CPU的解放也只是能去做其他程序，需切換工作，還是會(huì)產(chǎn)生開(kāi)銷。用以表示程序是否結(jié)束。2. 內(nèi)存地址。2/8/2023 36?通道程序n 通道 通過(guò)執(zhí)行通道程序，與設(shè)備控制器共同實(shí)現(xiàn)對(duì) I/O設(shè)備的控制。以磁盤讀數(shù)據(jù)為例2/8/2023 34DMA工作方式流程圖設(shè)置 AR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)字存儲(chǔ)器地址增 1字計(jì)數(shù)寄存器減 1DC=0?請(qǐng)求中斷在繼續(xù)執(zhí)行用戶程序的同時(shí)，準(zhǔn)備又一次傳送2/8/2023 354） I/O通道控制方式n DMA適用于讀一個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)塊；n 如 一次讀多個(gè)數(shù)據(jù)塊到內(nèi)存不同區(qū)域 ，須由 CPU分別發(fā)送多條 I/O指令、進(jìn)行多次 DMA中斷處理。n 同時(shí)需發(fā)送本次要將數(shù)據(jù)讀入的內(nèi)存起始目標(biāo)地址，該地址被送入 MAR中；將磁盤中的原地址直接送入 DMA控制器的 I/O控制邏輯 上。3. 數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器 DC： 存放本次 CPU要讀或?qū)懙淖郑ü?jié)）數(shù)。2/8/2023 29DMA方式示意圖向 I/O控制器發(fā)布讀塊命令讀 DMA控制器的狀態(tài)下條指令CPU做其它事中斷CPU→DMADMA→ CPU2/8/2023 30② DMA控制器的組成n DMA控制器 由三部分組成：1. 主機(jī)與 DMA控制器的接口；2. DMA控制器與塊設(shè)備的接口；3. I/O控制邏輯。直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)方式。從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的資源利用率及吞吐量。2/8/2023 24程序 I/O方式流程圖向 I/O控制器發(fā)讀命令讀 I/O控制器的狀態(tài)從 I/O控制器中讀入字向存儲(chǔ)器中寫(xiě)字檢查狀態(tài)傳送完成？出錯(cuò)完成CPU→ I/OI/O→ CPUI/O→ CPUCPU→ 內(nèi)存未完未就緒下條指令 就緒2/8/2023 252）中斷驅(qū)動(dòng) I/O方式n CPU向相應(yīng)的設(shè)備控制器發(fā)出一條 I/O命令n 然后立即返回繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)的任務(wù) 。168。 向控制器發(fā)送一條 I/O指令啟動(dòng)輸入設(shè)備輸入數(shù)據(jù)時(shí)，要同時(shí)把狀態(tài)寄存器中的忙 /閑標(biāo)志置為 1。如下例所示：存儲(chǔ)器通道 1通道 2控制器 1控制器 2控制器 3控制器 4設(shè)備 1設(shè)備 2設(shè)備 3設(shè)備 4設(shè)備 5設(shè)備 6設(shè)備 72/8/2023 19n 解決 “瓶頸 ”問(wèn)題最有效的辦法便是增加設(shè)備到主機(jī)間的 通路 而不增加通道，如下圖所示：存儲(chǔ)器通道 1通道 2控制器 1控制器 2I/O設(shè)備I/O設(shè)備I/O設(shè)備I/O設(shè)備2/8/2023 20n 如圖所示，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的各部件，如 CPU、存儲(chǔ)器以及各種 I/O設(shè)備之間的聯(lián)系，都是通過(guò)總線來(lái)實(shí)現(xiàn)的。結(jié)合上述兩種方式。設(shè)備分配到通道后，一段時(shí)間內(nèi)一直獨(dú)占，直至設(shè)備傳送完畢釋放。 主通道掃描子通道速率足夠快，子通道上的設(shè)備速率又不太高時(shí)，一般不丟失信息。 一個(gè)通道常通過(guò)多個(gè)子通道連接控制多個(gè)設(shè)備控制器。2/8/2023 15② 通道類型n 實(shí)際上 I/O通道是一種特殊的處理機(jī)：168。n 設(shè)置通道后168。為此又在 CPU和設(shè)備控制器之間增設(shè)一個(gè)機(jī)構(gòu)： “通道 ”主要目的：n 建立更獨(dú)立的 I/O操作，解放 CPU。數(shù)據(jù)線：數(shù)據(jù)線通常與兩類寄存器相連接，第一類是數(shù)據(jù)寄存器；第二類是控制 /狀態(tài)寄存器。同時(shí)通過(guò)地址線把地址發(fā)送給控制器168。n1個(gè)或 n個(gè) 1個(gè)或 n個(gè)2/8/2023 12?I/O邏輯n 通過(guò)一組控制線與處理機(jī)交互，處理機(jī)利用該邏輯向控制器發(fā)送 I/O命令。2/8/2023 9n基本功能 CPU命令（控制 寄存器：存放命令和參數(shù)）（狀態(tài) 寄存器）（數(shù)據(jù) 寄存器 ）（控制器識(shí)別設(shè)備地址、寄存器地址。 控制一個(gè)設(shè)備時(shí)只有一個(gè)地址，若連接控制多個(gè)設(shè)備則含有多個(gè)設(shè)備地址168。2/8/2023 6控制器與 CPU接口 控制器與設(shè)備接口設(shè)備控制器CPU I/O設(shè)備數(shù)據(jù)線地址線控制線數(shù)據(jù)狀態(tài)控制2/8/2023 7① I/O設(shè)備中的接口n 與控制器的接口有三種類型的信號(hào)168。216。獨(dú)占：打印機(jī)216。 按信息交換的單位分類：216。我們主要對(duì) I/O設(shè)備和設(shè)備控制器等硬件作一扼要的闡述。實(shí)現(xiàn)信息輸入、輸出和存儲(chǔ)功能的 I/O設(shè)備168。n 該系統(tǒng)包括168。n 主要功能 ：緩沖區(qū)管理、設(shè)備分配、設(shè)備處理、虛擬設(shè)備及設(shè)備獨(dú)立性等。 低速、中速、高速（鍵盤、打印機(jī)、磁盤）216。 按設(shè)備的共享屬性分類：216。磁盤。n 控制器是 CPU與 I/O設(shè)備之間的接口，作為中間人接收從 CPU發(fā)來(lái)的命令，并去控制I/O設(shè)備工作，以使處理機(jī)脫離繁雜的設(shè)備控制事務(wù)。狀態(tài)信號(hào)線I/O設(shè)備信號(hào)數(shù)據(jù)緩沖 轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)狀態(tài)控制邏輯控制2/8/2023 8② 設(shè)備控制器n 可編址，不同類168。 常作成接口卡插入計(jì)算機(jī)。n 控制器中的 I/O邏輯根據(jù)處理機(jī)發(fā)來(lái)的地址信號(hào)，去選擇一個(gè)設(shè)備接口。將啟動(dòng)命令發(fā)送給控制器；168。n 共有三類信號(hào)線：168。控制線2/8/2023 143） I/O通道① I/O通道設(shè)備的引入n 設(shè)備控制器已大大減少 CPU對(duì) I/O的干預(yù)（如承擔(dān)了選擇設(shè)備，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、緩沖等功能）n 但當(dāng)主機(jī)的外設(shè)很多時(shí)， CPU的負(fù)擔(dān)仍然很重。I/0操作的組織、管理及結(jié)束處理也盡量獨(dú)立。通道根據(jù)命令，形成通道程序，執(zhí)行 I/O操作，完成后向 CPU發(fā)中斷信號(hào)。n 根據(jù)其控制的外圍設(shè)備的不同類型，信息交換方式也可分為以下三種類型：1)字節(jié)多路通道2)數(shù)組選擇通道3)數(shù)組多路通道2/8/2023 16n 字節(jié)多路通道168。（圖 53）控制器 A 設(shè)備控制器 B 設(shè)備A1B1C1…A 2B2C2A1A2…B1B2…216。為了適用高速設(shè)備，設(shè)置分配型子通道168。n數(shù)組多路通道168。2/8/2023 18③ “瓶頸 ”問(wèn)題由于通道價(jià)格昂貴，致使數(shù)量較少，使它成為 I/O系統(tǒng)的瓶頸，進(jìn)而造成系統(tǒng)吞吐量的下降。2/8/2023 231）程序 I/O方式n 處理機(jī)對(duì) I/O設(shè)備的控制采取程序 I/O方式，或稱為忙— 等待方式168。當(dāng)為 1時(shí)，表示輸入機(jī)尚未輸完一個(gè)字，處理機(jī)應(yīng)繼續(xù)對(duì)該標(biāo)志測(cè)試，直到它為 0，表明數(shù)據(jù)已輸入到控制器的數(shù)據(jù)寄存器中。注：程序 I/O方式也稱作程序查詢方式或輪詢方式。n I/O設(shè)備輸入數(shù)據(jù)中，無(wú)需 CPU干預(yù)，因而可使 CPU與 I/O設(shè)備并行工作。n DMA（ Direct Memory Access）控制方式的引入168。 可見(jiàn) DMA方式又是成百倍的減少了 CPU對(duì) I/O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。2. 內(nèi)存地址寄存器 MAR： 它存放把數(shù)據(jù)從設(shè)備傳送到內(nèi)存的起始的目標(biāo)地址或內(nèi)存原地址。n 該命令被送到命令寄存器 C