【文章內(nèi)容簡介】 入口地址 CPU 中斷響應(yīng) 中斷源 1 中斷源 2 …… 中斷源 n 或 IOP 中斷請求 設(shè)備號或中斷向量號 識別中斷源的串行排隊鏈法 2020年 11月 29日星期日 計算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 第四章 輸入輸出系統(tǒng) 41 ? 硬件排隊器和編碼器 I 1 I 0 中斷源編碼器 D0 的中斷請求 D1 的中斷請求 D0 的排隊器 D1 的排隊器 D2 的排隊器 D3 的排隊器 中斷響應(yīng) 中斷源 D0 的請求 中斷源 D1 的請求 中斷源 D2 的請求 中斷源 D3 的請求 四個中斷源的中斷排隊器和編碼器 在主存儲器的固定區(qū)域中開辟出一個專用的 中斷向量區(qū) 。 用硬件排隊器和編碼器在所有請求中斷服務(wù)的中斷源中 ， 產(chǎn)生具有最高優(yōu)先級的中斷源編號 。 隱含執(zhí)行上面方法中的兩條識別中斷源的指令 ， 直接通過硬件轉(zhuǎn)向這個中斷源的中斷服務(wù)程序入口 。 上面的 4三種識別中斷源的方法都屬于串行排隊鏈法 。 串行排隊鏈法的優(yōu)點(diǎn)： 識別中斷源的速度比較快 ， 特別是中斷向量法 。 實(shí)現(xiàn)比較簡單 ， 中斷源與處理機(jī)的連線很少 串行排隊鏈法的缺點(diǎn)： 靈活性比較差 ， 中斷優(yōu)先級是由硬件固定 。 可靠性比較差 ， 由于排隊鏈串行分布在各個中斷源中 。 各個中斷源使用自己獨(dú)立的中斷請求線 。 如果同時有多個中斷源請求中斷服務(wù) ， 通過仲裁線路立即選擇具有最高優(yōu)先級的中斷源 ， 并向它發(fā)出中斷響應(yīng)信號 INIT， 處理機(jī)就可以立即轉(zhuǎn)入這個中斷源的中斷服務(wù)程序 。 獨(dú)立請求法實(shí)際上是把分布在各個中斷源內(nèi)的串行排隊器都集中到處理機(jī)中 ， 從而克服了串行排隊鏈法可靠性差的缺點(diǎn) ， 但靈活性差的缺點(diǎn)仍然存在 。 識別中斷源的獨(dú)立請求法 中斷源 1 中斷源 2 …… 中斷源 n CPU 或 IOP 中斷請求 INIR1 中斷響應(yīng) INIT1 中斷請求 INIR2 中斷響應(yīng) INIT2 …… 中斷請求 INIRn 中斷響應(yīng) INITn 識別中斷源的獨(dú)立請求法 識別中斷源的分組獨(dú)立請求法 把獨(dú)立請求法與串行排隊鏈法結(jié)合起來 。 中斷源分組：組內(nèi)采用串行排隊鏈法 ， 組間采用獨(dú)立請求法 。 中斷響應(yīng) 中斷源 11 中斷源 12 …… 中斷源 1n CPU 或 中斷請求 …… IOP 中斷響應(yīng) 中斷源 P1 中斷源 P2 …… 中斷源 Pn 中斷請求 識別中斷源的分組獨(dú)立請求法 中斷現(xiàn)場的保存和恢復(fù) (1)程序計數(shù)器 PC，必須由硬件來完成保存 (2)處理機(jī)狀態(tài)字、堆棧指針、基址寄存器、中斷屏蔽碼等 保存與恢復(fù)方法有：主存固定區(qū)域，壓入系統(tǒng)堆棧、交換處理機(jī)狀態(tài)字。也可以采用軟件在中斷服務(wù)程序中保存和恢復(fù)。 (3)軟件現(xiàn)場： 指在中斷服務(wù)程序中被破壞的通用寄存器。一般采用軟件來保存和恢復(fù)現(xiàn)場，指令系統(tǒng)給予適當(dāng)支持。也有些處理機(jī)采用硬件來保存軟件現(xiàn)場，如 Sparc處理機(jī)。 中斷屏蔽 設(shè)置中斷屏蔽有三個用處： (1)在中斷優(yōu)先級由硬件確定了的情況下，改變中斷源的中斷服務(wù)順序。 (2)決定設(shè)備是否采用中斷方式工作。 (3)在多處理機(jī)系統(tǒng)中，把外圍設(shè)備的服務(wù)工作分配到不同的處理機(jī)中。 中斷屏蔽的實(shí)現(xiàn)方法主要有兩種： 方法一：每級中斷源設(shè)置一個中斷屏蔽位。 方法二：改變處理機(jī)優(yōu)先級 例 ： 有四個中斷源 D D D3和 D4， 它們的中斷優(yōu)先級從高到低分別是 1級 、 2級 、 3級和 4級 。 這些中斷源的正常中斷屏蔽碼和改變后的中斷屏蔽碼見下表 。 每個中斷源一位 ， 共 4位屏蔽碼 。 中斷源名稱 中斷優(yōu)先級 正常中斷屏蔽碼 D 1 D 2 D 3 D 4 改變后的中斷屏蔽碼 D 1 D 2 D 3 D 4 D1 D2 D3 D4 1 2 3 4 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 解： 如果 4個中斷源都使用正常的中斷屏蔽碼，處理機(jī)的中斷服務(wù)順序?qū)?yán)格按照中斷源的中斷優(yōu)先級進(jìn)行。 如果改變中斷屏蔽碼，當(dāng) D D D3和 D4這 4個中斷源同時請求中斷服務(wù)時，處理機(jī)實(shí)際為各個中斷源服務(wù)的先后次序就會改變。 處理機(jī)響應(yīng)的順序是 D D D D4 實(shí)際服務(wù)的順序是 D D D D1 　　 中斷請求 主程序 中斷服務(wù)程序　　 D1 D2 D3 D4　 D1,D2,D3,D4　時間 t方法二：改變處理機(jī)優(yōu)先級 例 ： 某處理機(jī)共有 4個中斷源 D D D3和 D4， 它們的硬件中斷優(yōu)先級從低到高分別為 1級 、 2級 、 3級和 4級 。 處理機(jī)本身的優(yōu)先級最低 ， 為 0級 。 在中斷源 D D D D4的中斷向量中 ， 程序員為它們設(shè)置的優(yōu)先級分別為 4級 、 3級 、 2級 、 1級 。 解： 在處理機(jī)狀態(tài)字中設(shè)置 3個中斷屏蔽位 。 000為處理機(jī)本身的優(yōu)先級 ， 001～ 100分別表示 4個中斷源的中斷優(yōu)先級 。 當(dāng) 4個中斷源同時請求中斷服務(wù)時 ， 解： 處理機(jī)實(shí)際完成中斷服務(wù)的過程 是 D D D D1 中斷請求 主程序 中斷服務(wù)程序 D 4 D 3 D 2 D 1 D1 ,D2,D3,D4 時間 t 兩種方法的差別有： (1)兩者使用的概念不同 。 前者使用中斷屏蔽 ， 后者使用中斷優(yōu)先級 。 (2)需要屏蔽碼的位數(shù)不同 。 前者所需要的屏蔽位數(shù)比較多 ， n： log2n (3)可屏蔽的中斷源數(shù)量和種類不同 。 前者可以任意屏蔽掉一個或幾個中斷源 ， 后者只能屏蔽掉比某一個優(yōu)先級低的中斷源 。 通道處理機(jī) 把外圍設(shè)備的管理工作從 CPU中分離出來 主要用于 IBM公司研制的機(jī)器中 通道的作用和功能 通道的工作過程 通道的種類 通道中的數(shù)據(jù)傳送過程 通道流量分析 處理機(jī)與外部設(shè)備的連接方式 (1) 直接連接 (2) 通道處理機(jī) (3) 輸入輸出處理機(jī) ┅ ┅ ┇ ┇ 處理機(jī) 設(shè)備 設(shè)備 設(shè)備 處理機(jī) 設(shè)備 通道 設(shè)備 通道 設(shè)備 設(shè)備 通道的作用和功能 1. 三種基本輸入輸出方式存在的問題： CPU的輸入輸出負(fù)擔(dān)很重，不能專心用于戶程序的計算工作。 低速外圍設(shè)備，每傳送每個字符都由 CPU執(zhí)行一段程序來完成。 高速外圍設(shè)備的初始化、前處理和后處理等工作需要 CPU來完成。 大型機(jī)中的外圍設(shè)備臺數(shù)很多，但一般并不同時工作。讓 DMA控制器能被多臺設(shè)備共享， 提高硬件的利用率 。 2. 通道的主要功能： 接受 CPU發(fā)來的指令，選擇一臺指定的外圍設(shè)備與通道相連接。 執(zhí)行 CPU為通道組織的通道程序。 管理外圍設(shè)備的有關(guān)地址。 管理主存緩沖區(qū)的地址。 控制外圍設(shè)備與主存緩沖區(qū)之間數(shù)據(jù)交換的個數(shù)。 指定傳送工作結(jié)束時要進(jìn)行的操作。 檢查外圍設(shè)備的工作狀態(tài)，是正?；蚬收?。 在數(shù)據(jù)傳輸過程中完成必要的格式變換。 通道的工作過程 通道完成一次數(shù)據(jù)輸入輸出的過程分為三步： 在用戶程序中使用訪管指令進(jìn)入管理程序，由 CPU通過管理程序組織一個通道程序，并啟動通道。 通道處理機(jī)執(zhí)行通道程序，完成指定的數(shù)據(jù)輸入輸出工作。 通道程序結(jié)束后再次調(diào)用管理程序進(jìn)行處理。 每完成一次