【文章內(nèi)容簡介】 ?源控式異步雙向通信 1)基本概念 a)數(shù)據(jù)寬度： I/O設備取得總線使用權后所傳送數(shù)據(jù)的總量 ,可能經(jīng)多個時鐘周期分時傳送。 b)數(shù)據(jù)通路寬度：指數(shù)據(jù)傳送的物理寬度，比如16bit， 32bit等，即一個時鐘周期傳送的信息量。 2)數(shù)據(jù)寬度種類 有單字 (或單字節(jié) )、定長塊、可變長塊、單字 加 定長塊及單字加可變長塊等。 * * a)單字 (或單字節(jié) )寬度 ?適于輸入機、打印機等低速設備，每傳完一個字 (字節(jié) )后等待時間長，期間釋放總線，為其它設備 服務，提高總線利用率和系統(tǒng)效率。 ?不適于磁盤、磁帶等快速設備，一旦開始傳送， 速率很高，重新分配總線降低效率。 ?優(yōu)點 :不指明信息長度，減少輔助開銷。 ?缺點 :要求總想控制邏輯高速分配總線，防礙總 線采用更為合理的分配算法。 b)定長塊寬度 ?優(yōu)點：適于磁盤等高速設備，不指明傳送信息寬度，簡化控制，可按整個信息塊進行校驗。 ?缺點：塊大小固定，當比所傳信息塊小時，仍多次分配總線；當大于所傳信息塊時，就會浪費總線的帶寬和緩沖器空間。 c)可變長塊寬度 ?優(yōu)點；適于高優(yōu)先級的中高速設備，可動態(tài)改變傳送塊的大小，有效利用總線的帶寬。 ?缺點：要增大緩沖器空間和增加信息塊大小的輔助開銷和控制。 d)單字加定長塊寬度 ?優(yōu)點 :適于速度低而優(yōu)先級高的設備的總線。 定長塊不必過大，超過部分可以用單字處理，減少總線帶寬、部件緩沖空間的浪費。 ?缺點 :信息塊小于定長塊少時，總線利用率低。 e)單字加可變長塊寬度 靈活有效，適應掛有各種設備的總線，但代價大 3)總線的線數(shù) a)制約因素 ?總線線數(shù)越多，成本高，干擾大，可靠性低，占用空間大，但是傳送速度和流量大。 ?總線長度越長，成本高，干擾大，波形畸變越嚴重，可靠性低。 b)原則 : ?總線越長，其線數(shù)應盡可能減少。 ?在滿足性能要求及通信類型和速率的情況下，應盡量減少總線的線數(shù)。 1)基本概念 a)中斷源：引起中斷的各種事件。 b)中斷請求：中斷源向中斷系統(tǒng)發(fā)出請求中斷的申請。同時可以有多個中斷請求，這時中斷系統(tǒng)要根據(jù)中斷響應優(yōu)先次序?qū)?yōu)先級高的中斷請求予以相應。 c)中斷響應：就是允許其中斷 CPU現(xiàn)行程序的運行而轉(zhuǎn)去對該請求進行預處理，包括保存斷點現(xiàn)場，調(diào)出相應中斷處理程序，準備運行。也可以屏蔽這一請求使其暫時得不到響應。 2)中斷分類 a)中斷 (Interrupt) 專指與當前進程運行無關的請求暫停的事件，如 機器故障中斷請求、外設中斷請求、定時中斷請求 等。中斷可以被屏蔽，暫時保存在中斷寄存器，屏 蔽解除后繼續(xù)得到響應和處理。 b)異常 (Exception) 由現(xiàn)行指令引起的暫停事件，如頁面失效、溢出 等，一般不能屏蔽，立即得到響應和處理。 * ?自陷 (Trap) 發(fā)生在引起異常的指令執(zhí)行的末尾，處理后返回 原先正常程序的下一條指令繼續(xù)執(zhí)行。 ?故障 (Fault)、 發(fā)生在執(zhí)行指令的過程中，處理后返回原先發(fā)生 故障的那條指令出重復執(zhí)行。 ?失敗 (Abort) 也發(fā)生在指令執(zhí)行過程中，需強制干預或系統(tǒng)復 位才可以使指令再正確執(zhí)行下去。 3)中斷級別 根據(jù)中斷的性質(zhì)、緊迫性、重要性以及軟件處理 的方便性把中斷源分級。優(yōu)先級高低的劃分，不同 機器有所差異，一般把機器校驗安排為第一級，程 序性和管理程序調(diào)用為第二級，外部為第三級， I/O 為第四級，重新啟動為最低級。 * 4)中斷響應次序與處理次序 a)中斷響應次序 同時發(fā)生多個中斷請求時，由中斷響應硬件的排 隊器所決定的響應次序，次序是固定的。 b)中斷處理次序 一個中斷處理程序執(zhí)行前或中再有其它中斷產(chǎn)生 時中斷處理完的次序，可以不同于響應次序 。 c)處理原則 在處理某級中斷時 ,只有更高級的請求到來才轉(zhuǎn) 去響應和處理，完成后返回原中斷繼續(xù)處理。 * 5)中斷處理次序改變 a)方法： ?設置中斷級屏蔽位寄存器硬件以決定是否讓某級中斷請求進入中斷響應排隊器，只要進入排隊器中斷請求，就讓級別高的優(yōu)先得到響應。 ?OS對每類中斷處理程序的現(xiàn)行 PSW中的中斷級屏蔽位進行設置，可以實現(xiàn)希望的處理次序。 b)優(yōu)點： 改變響應次序中用排隊器硬件實現(xiàn)的固定次序為 OS軟件實現(xiàn)的靈活性。 * 1)中斷系統(tǒng)的功能 a)中斷請求的保存和清除 b)優(yōu)先級的確定 c)中斷斷點及現(xiàn)場的保存 d)對中斷請求的分析和處理 e)中斷返回 2)功能的實現(xiàn) a)早期大部分功能是由軟件完成的，中斷響應和中斷處理時間長 。 b)后來中斷響應及其次序由程序查詢軟件的方法改為中斷響應排隊器硬件實現(xiàn)；中斷源的分析也由程序查詢改為硬件編碼，直接或經(jīng)中斷向量表形成入口地址，并把中斷源的狀況以中斷碼的方式經(jīng)舊 PSW告知中斷處理程序。 3)中斷系統(tǒng)性能指標 a)中斷響應時間 b)靈活性 1)原因 a)為了 I/O與 CPU、主存并行操作，以及讓多用戶或多道程序共同運行。 b)防止用戶自行輸入而破壞其他用戶程序或系統(tǒng)程序及用戶竊取系統(tǒng)不該讓其讀出的內(nèi)容。 2)工作過程 具體見 P110圖 ， P110圖 P111圖 。 3)類型： a)字節(jié)多路通道 適用于連接大量字符低速設備 ,傳送一個字符或字 節(jié)占用時間短 ,但等待時間長。數(shù)據(jù)通路寬度為單字 節(jié)，采用字節(jié)交叉方式提高效率，或多個子通道獨 立并行工作。 b)數(shù)組多路通道 適合于磁盤等高速設備，傳送速率高，但傳送前 輔助操作時間長。數(shù)據(jù)寬度為定長塊，傳送 K個字 節(jié)后重選設備進行下 K個字節(jié)的傳送。多個子通道 分時共享 I/O通路，成組交叉并行傳送。 c)選擇通道 適合于優(yōu)先級高的高速設備，獨占通道，只能執(zhí) 行一道通道程序。數(shù)據(jù)寬度為可變長塊，一次將 N 個字節(jié)全部傳送完畢，傳送期內(nèi)只選一次設備。 1)通道流量 通道在數(shù)據(jù)傳送期內(nèi)，單位時間內(nèi)所傳送的字節(jié) 數(shù)。它所能達到的最大流量稱為通道極限流量。 2)影響極限流量的因素 a)工作方式 b)數(shù)據(jù)傳送期內(nèi)選擇一次設備的時間 TS c)傳送一個字節(jié)的時間 TD * 3)極限流量 a)字節(jié)多路通道 :每選一臺設備傳送一個字節(jié)。 =1/(TS+TD) b)數(shù)組多路通道 :每選一條設備傳送 K個字節(jié)。 =k/(TS+kTD)=1/(TS/k+TD) c)選擇通道 :每選一臺設備就把 N個字節(jié)傳送完。 =N/(TS+NTD)=1/(TS/N+TD) 若 TS ,TD一定， Nk，則： * 4)實際最大流量 a)字節(jié)多路通道 : =Σ b)數(shù)組多路通道： =max c)選擇通道： =max * 5)設計原則 a)極限流量大于等于實際最大流量 b)極限流量與實際最大流量的差值越小越好 = = = 如果 I/O系統(tǒng)由 m個通道，則： fmax= Σ + Σ + Σ 且 : fmax= Σ Σ + Σmax + Σmax * 6)缺點： a)并非獨立的處理機，指令簡單，無大容量存貯器 b)I/O過程中需要 CPU承擔很多工作。 c)流水等組成技術因為 I/O中斷而不能發(fā)揮作用，CPU速度嚴重下降。 d)訪管中斷轉(zhuǎn)入 I/O管理程序妨礙 CPU資源的合理利用。 (PPU) 1)更接近于一般的處理機，指令豐富，功能強。 2)獨立于主處理機異步工作。 3)可以與主處理機共享或不共享主存。 4)可以自由選擇通道和設備進行靈活通信 。 ： 就硬件利用率和成本來講不如通道處理機好，但 隨著器件技術不斷提高，成本在逐漸降低。 第 4章 存貯體系 Cache 存貯體系的形成與性能 1)大容量 SM=W l m W：存貯體的字長，單位為 bit或 Byte。 l：每個存貯體的字數(shù)。 m：并行工作的存貯體的個數(shù) 。 2)低價格 可以用總價格 C或每位價格 c來表示。具有 SM位 的存貯器每位價格 c=C/SM。其中包括了存貯器本身 的價格和為該存貯器操作必須的外圍電路的價格。 3)高速度 a)訪問時間 TA TA是存貯器接到訪存到信息被讀到數(shù)據(jù)總線上 所需的時間。是確定 CPU與存貯器時間關系的重要 指標。 b)存貯周期 TM TM是連續(xù)啟動一個存貯體所需要的時間間隔。 一般來說總比 TA大。 c)存貯器頻寬 是指存貯器可以提供的數(shù)據(jù)傳送率，一般用每秒 鐘所傳送的信息位數(shù)來衡量。 最大頻寬 BM(極限頻寬 )：是存貯器連續(xù)訪問時能 提供的頻寬。 單體： BM =W/TM m體并行工作： BM =mW/TM 實際頻寬：實際頻寬小于最大頻寬 BM 4)結論 由于存貯器的價格、速度和容量的要求是相互矛 盾的，為了同時滿足三方面的要求，在一個完整的 存貯體系中，必須采用不同工藝的存貯器，使得信 息以各種方式分布于不同的存貯體。 1)類型 a)單體單字 b)單體多字 c)多體單字交叉 d)多體多字交叉 2)分析結論 由于程序的轉(zhuǎn)移概率不會很低，數(shù)據(jù)分布的離散 性較大，所以單純靠增大 m來提高并行主存系統(tǒng)的 頻寬是有限的，且性價比還會隨 m的增大而下降。 如果采用并行主存系統(tǒng)仍不能滿足速度上的要求， 就必須從系統(tǒng)結構上改進，采用存貯體系。 1)容量需求 主存 ——輔存存貯層次 程序局部性 2)速度需求 Cache——主存存貯層次 程序局部性 3)多級存貯層次 1)存貯體系的每位平均價格 c 2)命中率 H=R1/(R1+R2) 3)等效訪問時間 TA=HTA1+(1H)TA2 1)段式管理 a)思想： 根據(jù)程序的模塊性，把一個復雜的大程序分解成 多個邏輯上相對獨立的模塊。 b)段表 為了進行段式管理，每道程序都由一個段表 (映像 表 )，以存放該程序各程序段裝入主存的狀況信息。 * ?段名 (號 )：實際由于段號與行對應，省略掉 ? 裝入位：表征是 (1)否 (0)已調(diào)入主存 ?地址：調(diào)入主存時，在主存的起始 (絕對 )地址 ?段長：段的大小，限制偏移越界 ?訪問方式：只讀、可寫、只執(zhí)行，提供訪問保護 c)段表基址寄存器 ?斷表長度 :該道程序的斷數(shù) (斷表行數(shù) ) ?斷表基地址 :程序的斷表在主存中的起始地址 d)虛擬地址 ?基號 (程序號 ):斷表在斷表基址寄存器的位置 ?段號 :段在斷表中的位置 ?段內(nèi)位移 :所訪問單元在段內(nèi)的偏移 e)實主存管理表 ?占用區(qū)域表 ?可用區(qū)域表 f)可用區(qū)域分配算法 ?首先分配算法 ?最佳分配算法 2)頁式管理 思想： 把主存空間和程序空間都機械的等分成固 定大小的頁 (頁面大小因機器不同而異，一般在 512 到幾 kB)然后按頁順序編號。 3)段頁式管理 思想：把內(nèi)存機械的等分成固定大小的頁，把程 序按模塊分段，每個段分成與主存頁面大小相同的 頁，每道程序通過一個段表和相應于每段的一組頁 表來進行定位。 問題：二次查表，費時間 * * 1)地址映像與變換 a)地址映像 就是將虛存單元按某種規(guī)則裝入