【正文】 m I/O系統(tǒng)的組成 微型機(jī) I/O系統(tǒng) 由于微型機(jī)本身比較簡(jiǎn)單，其 I/O系統(tǒng)多采用總線 I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 其總線的帶寬為 8位 ， 最高傳輸速率為 2Mb/s。 2/1/2023 47 Operating System I/O控制方式 程序 I/O方式 在程序 I/O方式中 ， 由于 CPU的高速性和 I/O設(shè)備的低速性 ， 致使 CPU的絕大部分時(shí)間都處于等待 I/O設(shè)備完成數(shù)據(jù)I/O的循環(huán)測(cè)試中 ， 造成對(duì) CPU的極大浪費(fèi) 。 若采用程序 I/O方式 ，CPU約有 — 等待中 。 2/1/2023 59 Operating System 3. DMA工作過程 DMA控制過程為： （ 1）當(dāng) DMA控制器已從磁盤中讀入一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)并送入數(shù)據(jù)寄存器 DR中，再挪用一個(gè)存儲(chǔ)器周期，將該字節(jié)傳送到 MAR所指示的內(nèi)存單元中。 2/1/2023 60 Operating System DMA方式 DMA方式的工作流程 設(shè)置 M 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 1 DC＝ 0? 請(qǐng)求中斷 在繼續(xù)執(zhí)行用戶 程序的同時(shí) ,準(zhǔn) 備又一次傳送 否 是 2/1/2023 61 Operating System DMA 2/1/2023 62 Operating System DMA 2/1/2023 63 Operating System DMA 2/1/2023 64 Operating System DMA方式 ?DMA與中斷方式的主要區(qū)別 ?中斷方式在每個(gè)數(shù)據(jù)傳送完后中斷 CPU，DMA方式則是在所要求傳送的一批數(shù)據(jù)全部傳送完時(shí)中斷 CPU ?中斷方式的數(shù)據(jù)傳送時(shí)在中斷處理時(shí)由 CPU控制完成的，而 DMA則是在 DMA控制下完成的 ?DMA方式的 局限性 ：傳送方向、始址、長(zhǎng)度等由 CPU控制，一個(gè)設(shè)備一個(gè) DMA，成本高 2/1/2023 65 Operating System I/O控制方式 ?程序 I/O方式 ?中斷驅(qū)動(dòng) I/O方式 ?直接存儲(chǔ)器訪問 DMA I/O控制方式 ?I/O通道控制方式 2/1/2023 66 Operating System I/O通道控制方式 ?I/O通道控制方式的引入 ?與 DMA類似，是以內(nèi)存為中心的數(shù)據(jù)交換方式 ?進(jìn)一步減少了 CPU的干預(yù)，把對(duì) 一個(gè) 數(shù)據(jù)塊的讀 (或?qū)?)為單位的干預(yù)，減少為對(duì) 一組 數(shù)據(jù)塊的讀 (或?qū)?)及有關(guān)的控制和管理為單位的干預(yù) ?一個(gè)通道控制多臺(tái)設(shè)備 ?CPU僅在 I/O操作的開始和結(jié)束時(shí)花費(fèi)少量時(shí)間處理與 I/O有關(guān)的工作 ?可實(shí)現(xiàn) CPU、 通道 和 I/O設(shè)備 三者的 并行操作 ，從而更有效地提高整個(gè)系統(tǒng)的資源利用率 2/1/2023 67 Operating System I/O通道控制方式 ?通道程序 ?操作碼 ? 規(guī)定指令所執(zhí)行的操作，如讀、寫、控制等 ?內(nèi)存地址 ? 標(biāo)明字符送入內(nèi)存或從內(nèi)存取出的內(nèi)存首址 ?計(jì)數(shù) ? 本條指令所要讀 /寫的字節(jié)數(shù) ?通道程序結(jié)束位 ? 表示通道程序是否結(jié)束， P=1表示結(jié)束 ?記錄結(jié)束標(biāo)志 ? R=0，表示本指令與下一指令處理同一個(gè)記錄 ? R=1，表示處理某記錄的最后一條指令 2/1/2023 68 Operating System I/O通道控制方式 操作 P R 計(jì)數(shù) 內(nèi)存地址 WRITE 0 0 80 813 WRITE 0 0 140 1034 WRITE 0 1 60 5830 WRITE 0 1 300 2023 WRITE 0 0 250 1850 WRITE 1 1 250 720 2/1/2023 69 Operating System 3. “瓶頸”問題 通道價(jià)格昂貴 ， 通道數(shù)量勢(shì)必較少 ， 往往使它成為 I/O的瓶頸 ， 進(jìn)而造成整個(gè)系統(tǒng)吞吐量的下降 。 可見 ， 中斷驅(qū)動(dòng)方式可以成百倍地提高 CPU的利用率 。 2/1/2023 48 Operating System I/O控制方式 ?程序 I/O方式 ?中斷驅(qū)動(dòng) I/O方式 ?直接存儲(chǔ)器訪問 DMA I/O控制方式 ?I/O通道控制方式 2/1/2023 49 Operating System 中斷驅(qū)動(dòng) I/O方式 ?中斷驅(qū)動(dòng)（ Interrupt Driven） 方式，即當(dāng)某進(jìn)程要啟動(dòng)某個(gè) I/O設(shè)備工作時(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)行原來的任務(wù) ?設(shè)備控制器按命令要求去控制指定的 I/O設(shè)備，完成后，通過中斷向 CPU發(fā)送一中斷信號(hào) ?在 I/O設(shè)備輸入數(shù)據(jù)的過程中，無須 CPU干預(yù)， ?每次傳送一個(gè)字符 2/1/2023 50 Operating System 中斷驅(qū)動(dòng) 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 器中讀字 向內(nèi)存 中寫字 傳送 完成？ 就緒 出錯(cuò) CPU→I/O I/O→CPU I/O→CPU CPU→ 內(nèi)存 下條指令 完成 未完 中斷 CPU ( b ) 中斷驅(qū)動(dòng)方式 做其它事 ?優(yōu)點(diǎn)：提高了 CPU的利用率（成百倍） ?缺點(diǎn)：每 I/O一個(gè)數(shù)據(jù)都要中斷一次 CPU，在一次數(shù)據(jù)傳送中斷多次，耗去大量CPU處理時(shí)間 對(duì) I/O設(shè)備的控制，當(dāng)某進(jìn)程要啟動(dòng)某個(gè) I/O設(shè)備工作時(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)行原任務(wù)。 2) EISA(Extended ISA) 到 80年代末期 ， ISA總線已難于滿足帶寬和傳輸速率的要求 ， 于是人們又開發(fā)出擴(kuò)展 ISA(EISA)總線 ， 其帶寬為 32位 ，總線的傳輸速率高達(dá) 32Mb/s， 同樣可以連接 12臺(tái)外部設(shè)備 。 I/O設(shè)備是通過設(shè)備控制器連接到總線上， CPU并不直接與 I/O設(shè)備進(jìn)行通信，而是與設(shè)備控制器進(jìn)行通信，設(shè)備控制器是處理機(jī)和設(shè)備之間的接口，控制器有磁盤控制器、打印機(jī)控制器等 。 2/1/2023 26 Operating System 2. 通道類型