【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ? 通道運(yùn)算控制部件 通道地址字 CAW： 記錄通道程序在內(nèi)存中的地址 通道命令字 CCW： 保存正在執(zhí)行的通道指令 通道狀態(tài)字 CSW： 存放通道執(zhí)行后的返回結(jié)果 通道數(shù)據(jù)字 CDW： 存放傳輸數(shù)據(jù) 通道和 CPU共用內(nèi)存，通過(guò)周期竊取方式取得 通道工作原理（續(xù) 1） ? 通道命令及格式 用于 I/O操作的命令主要有兩種： I/O指令：?jiǎn)?dòng)通道程序 通道命令：對(duì) I/O操作進(jìn)行控制 讀、反讀、寫(xiě)、測(cè)試設(shè)備狀態(tài)的數(shù)據(jù)傳輸命令、用于設(shè)備控制的命令（磁帶反繞、換頁(yè)）、實(shí)現(xiàn)通道程序內(nèi)部控制的轉(zhuǎn)移命令 通道工作原理（續(xù) 2） 命令格式一般包括：操作碼、數(shù)據(jù)傳輸內(nèi)存地址、特征位、計(jì)數(shù)器 編制一個(gè)通道程序，從磁帶機(jī)上讀入 200字節(jié)的信息，送入內(nèi)存（ 1000） 16 開(kāi)始的單元。 通道命令碼：“ 07”反繞 “ 02”讀 CCW1 X “ 07” * X “ 40” 1； CCW2 X “ 02” 1000 X “ 00” 200； 通道工作原理（續(xù) 3） ? 工作原理 CPU：執(zhí)行用戶程序，當(dāng)遇到 I/O請(qǐng)求時(shí)，可根據(jù)該請(qǐng)求生成通道程序放入內(nèi)存（也可事先編好放入內(nèi)存），并將該通道程序的首地址放入 CAW中；之后執(zhí)行“啟動(dòng) I/O”指令，啟動(dòng)通道工作 通道工作原理（續(xù) 4） 通道：接收到“啟動(dòng) I/O”指令后，從 CAW中取出通道程序的首地址，并根據(jù)首地址取出第一條指令放入 CCW中，同時(shí)向CPU發(fā)回答信號(hào)，使 CPU可繼續(xù)執(zhí)行其他程序，而通道則開(kāi)始執(zhí)行通道程序，完成傳輸工作 通道工作原理（續(xù) 5） （通道程序完成實(shí)際 I/O，啟動(dòng) I/O設(shè)備，執(zhí)行完畢后 ,如果還有下一條指令，則繼續(xù)執(zhí)行 , 否則表示傳輸完成） 當(dāng)通道傳輸完成最后一條指令時(shí) ， 向CPU發(fā) I/O中斷 ， 并且通道停止工作 。CPU接收中斷信號(hào) ， 從 CSW中取得有關(guān)信息 ， 決定下一步做什么 通道工作原理（續(xù) 6） 通道的發(fā)展 ? 新的通道思想綜合了許多新的技術(shù) ? 在個(gè)人計(jì)算機(jī)中，芯片組中專門(mén) I/O處理的芯片，稱為IOP（ IO Processor），發(fā)揮通道的作用 ? IBM 390 中，沿用了輸入輸出通道概念 IBM于 1998年推出光纖通道技術(shù)（稱為 FICON），可通過(guò) FICON 連接多達(dá) 127個(gè)大容量 I/O設(shè)備。傳輸速度是 333MHz／ s，未來(lái)將達(dá)到 1GHz／ s。 光纖通道技術(shù)具有數(shù)據(jù)傳輸速率高、傳輸距離遠(yuǎn)，可簡(jiǎn)化大型存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn) 在大容量高速存儲(chǔ)，如大型數(shù)據(jù)庫(kù)、多媒體、數(shù)字影像等應(yīng)用領(lǐng)域，有廣泛前景 不用 DMA時(shí)，磁盤(pán)如何讀： 首先，控制器從磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器串行地一位一位地讀一個(gè)塊，直到將整塊信息放入控制器的內(nèi)部緩沖區(qū)中 其次，它做和校驗(yàn)計(jì)算，以核實(shí)沒(méi)有讀錯(cuò)誤發(fā)生 然后控制器產(chǎn)生一個(gè)中斷。 CPU響應(yīng)中斷，控制轉(zhuǎn)給操作系統(tǒng)。當(dāng)操作系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，它重復(fù)地從控制器緩沖區(qū)中一次一個(gè)字節(jié)或一個(gè)字地讀這個(gè)磁盤(pán)塊的信息，并將其送入內(nèi)存中 DMA技術(shù) ? 數(shù)據(jù)在內(nèi)存與 I/O設(shè)備間的直接成塊傳送 ? CPU在開(kāi)始時(shí)向設(shè)備發(fā)“傳送一塊”命令，結(jié)束時(shí)進(jìn)行相應(yīng)處理，實(shí)際操作由 DMA硬件直接完成 ? DMA的功能可以以獨(dú)立的 DMA部件在系統(tǒng) I/O總線上完成，也可整合到 I/O部件中完成 ? DMA通過(guò)系統(tǒng)總線代替 CPU管理數(shù)據(jù)的存入或取出 ? 當(dāng) CPU不需要系統(tǒng)總線時(shí)可以使用總線 ? DMA可以強(qiáng)迫 CPU暫時(shí)延遲其他操作，獲取一個(gè)總線周期（周期竊?。? ? 不需要 CPU介入，因而減輕了 CPU負(fù)擔(dān) 控制器按照指定存儲(chǔ)器地址，把第一個(gè)字節(jié)送入內(nèi)存 然后，按指定字節(jié)數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送 每當(dāng)傳送一個(gè)字節(jié)后，字節(jié)計(jì)數(shù)器值減 1，直到字節(jié)計(jì)數(shù)器等于 0 此時(shí)，控制器引發(fā)中斷，通知操作系統(tǒng)，操作完成 CPU提供 待讀取塊的磁盤(pán)地址 目標(biāo)存儲(chǔ)地址 待讀取字節(jié)數(shù) 整塊數(shù)據(jù)讀進(jìn)緩沖區(qū) 核準(zhǔn)校驗(yàn) DMA工作示例 （以硬盤(pán)為例） （ 1）緩沖技術(shù)的引入 最早引入： CPU與 I/O設(shè)備之間 凡是數(shù)據(jù)到達(dá)和離去速度不匹配的地方均可采用緩沖技術(shù) 目的： ? 緩解 CPU與 I/O設(shè)備之間速度不匹配的矛盾 ? 提高 CPU與 I/O設(shè)備之間的并行性 ? 減少了 I/O設(shè)備對(duì) CPU的中斷請(qǐng)求次數(shù)，放寬CPU對(duì)中斷響應(yīng)時(shí)間的要求 4. 緩沖技術(shù) （ 2）緩沖區(qū)設(shè)置 硬緩沖： 在設(shè)備中設(shè)置緩沖區(qū)，由硬件實(shí)現(xiàn) 軟緩沖： 在內(nèi)存中開(kāi)辟一個(gè)空間，用作緩沖區(qū) 緩沖技術(shù)（續(xù) 1） （ 3）緩沖區(qū)管理 單緩沖 當(dāng)用戶進(jìn)程發(fā)出 I/O請(qǐng)求時(shí)，操作系統(tǒng)在內(nèi)存的系統(tǒng)空間為該操作分配一個(gè)緩沖區(qū)，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)讀和滯后寫(xiě) 雙緩沖 可以實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)區(qū) — 緩沖區(qū)之間交換數(shù)據(jù)和緩沖區(qū) — 外設(shè)之間交換數(shù)據(jù)的并行 緩沖技術(shù)（續(xù) 2） 緩沖池： 又稱 循環(huán)緩沖 多個(gè)緩沖區(qū)連接起來(lái)統(tǒng)一管理 引入系統(tǒng)緩沖池，采用有限緩沖區(qū)的生產(chǎn)者 /消費(fèi)者模型對(duì)緩沖池中的緩沖區(qū)進(jìn)行循環(huán)使用 常采用多緩沖管理 緩沖區(qū)結(jié)合預(yù)讀和滯后寫(xiě)技術(shù)對(duì)具有重復(fù)性及陣發(fā)性 I/O進(jìn)程、提高 I/O速度很有幫助 緩沖技術(shù)（續(xù) 3） （ 4）例子 終端輸入軟件中的鍵盤(pán)驅(qū)動(dòng)程序 任務(wù)之一：收集字符 兩種常見(jiàn)的字符緩沖方法： ? 公共緩沖池（驅(qū)動(dòng)程序中） ? 終端數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緩沖 緩沖技術(shù)（續(xù) 4） 終端 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 公共 緩沖池 終端 0 1 2 3 終端 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 終端 0 1 終端 0 的緩沖區(qū) 終端 1 的緩沖區(qū) 公共緩沖池 終端固定緩沖區(qū) 緩沖技術(shù)（續(xù) 5） 緩沖技術(shù)（續(xù) 6） （ 5） UNIX的緩沖技術(shù) ? 采用緩沖池技術(shù)，來(lái)平滑和加快文件信息從內(nèi)存到磁盤(pán)的傳輸 ? 并充分利用以前從磁盤(pán)讀入已傳入用戶區(qū)、但仍在緩沖區(qū)的數(shù)據(jù) 即：當(dāng)從磁盤(pán)上讀數(shù)據(jù)時(shí)，如果數(shù)據(jù)已經(jīng)在緩沖區(qū)中，則系統(tǒng)直接從緩沖區(qū)中讀出，而不必從盤(pán)上讀；當(dāng)數(shù)據(jù)不在緩沖區(qū)時(shí)，系統(tǒng)首先把數(shù)據(jù)從磁盤(pán)傳送到緩沖區(qū)，再?gòu)木彌_區(qū)讀出 好處：盡可能減少磁盤(pán) I/O的次數(shù)，提高系統(tǒng)運(yùn)行的速度 緩沖技術(shù)（續(xù) 7） UNIX System Ⅴ ? 由 200個(gè)緩沖區(qū)組成的緩沖池 ? 每個(gè)緩沖區(qū)的長(zhǎng)度可以是 512字節(jié)或 1024字節(jié) ? 每個(gè)緩沖區(qū)由兩部分組成： 緩沖數(shù)據(jù)區(qū)：存放數(shù)據(jù)的區(qū)域 緩沖控制塊或緩沖首部：用于控制的區(qū)域 系統(tǒng)通過(guò)緩沖控制塊來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)緩沖區(qū)的管理 緩沖技術(shù)（續(xù) 8） 說(shuō)明： ? 邏輯設(shè)備號(hào)和盤(pán)塊號(hào)分別標(biāo)志出文件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)所在的盤(pán)塊號(hào)