【導讀】輸入輸出系統(tǒng)是處理機與外界進行數(shù)據(jù)交換的通道。輸入輸出系統(tǒng)最典型地反映著硬件與軟件的相互結(jié)合。了解輸入輸出設備的具體細節(jié)。對于一般輸入輸出設備,如果處理機提供的服務不及時，可能丟失數(shù)據(jù)，或造成外圍設備工作的錯誤。及時，可能造成巨大的損失，甚至造成人身傷害。理機必須及時處理。獨立于具體設備的標準接口。例如，串行接口、并行。準接口與計算機系統(tǒng)連接。某些計算機系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了即插即用技術。針對實時性，采用層次結(jié)構(gòu)的方法，針對異步性，采用自治控制的方法，處理機執(zhí)行指令的速度為1GIPS，字長32位，因此，處理機的實際利用率只有即4千萬分之一。改變各臺外圍設備的優(yōu)先級。現(xiàn)在現(xiàn)行程序的什么地方是事先不知道的事件時，完成后再返回來繼續(xù)執(zhí)行原先的程序。能夠處理例外事件。傳送過程不需要CPU的干預。把主存地址送入主存地址寄存器，并啟動主存儲器，把DMA控制器內(nèi)的數(shù)據(jù)交換個數(shù)計數(shù)器中的內(nèi)容減１。整個工作流程全部用硬件完成。

　　

【正文】 LETE≤fMAXSELETE fBLOCK≤fMAXBLOCK 例 ： 一個字節(jié)多路通道連接 D D D D D5共 5臺設備，這些設備分別每 10us、 30us、 30us、50us和 75us發(fā)出一次數(shù)據(jù)傳送請求。 (1)計算這個通道的實際流量和工作周期 。 (2)如果這個字節(jié)多路通道的 最大流量正好等于通道實際流量 ， 并假設數(shù)據(jù)傳輸率高的設備 ， 其優(yōu)先級也高 。 5臺設備在 0時刻同時向通道發(fā)出第一次傳送數(shù)據(jù)的請求 ， 并在以后的時間里按照各自的數(shù)據(jù)傳輸率連續(xù)工作 。 畫出通道分時為各臺設備服務的時間圖 ， 并計算處理完各設備的第一次請求的時刻 。 (3)從時間圖中發(fā)現(xiàn)什么問題 ？ 如何解決 ？ 解 ： (1) 通道的實際流量為： fBYTE＝ (1/10+1/30+1/30+1/50+1/75)MB/S ＝ 通道的工作周期為： t＝ 1/fBYTE ＝ 5us 通道處理完各設備這個第一次請求的時間： 0 1 0 2 0 3 0 4 0 50 60 70 80 D1 t D2 t D3 t D4 t D5 t (2)處理完各設備這個第一次請求的時間： D1： 5us； D2： 10us； D3： 20us； D4： 30us。 D5的第一次請求沒有響應 ， 數(shù)據(jù)丟失 。 (3) D5的第一次請求沒有得到響應的原因分析 對所有設備的請求時間間隔取最小公倍數(shù)，在這一段時間內(nèi)通道的流量是平衡的。 可以采取下列方法： 方法一：增加通道的最大工作流量。 例如，把通道的工作流量增加到 （工作周期為 4us）。 方法二：動態(tài)改變設備的優(yōu)先級。 例如，在 30us至 70us之間臨時提高設備 D5的優(yōu)先級。 方法三：增加緩沖存儲器。 例如，只要為設備 D5增加一個數(shù)據(jù)緩沖寄存器，它的第一次請求可以在第85us處得到響應，第二次請求可以在第 145us處得到響應。 輸入輸出處理機 能夠獨立承擔輸入輸出工作的專用處理機 輸入輸出處理機的作用 輸入輸出處理機的種類 輸入輸出處理機實例 輸入輸出處理機的作用 通道處理機存在的問題： (1) 每完成一次輸入輸出操作要兩次中斷 CPU的現(xiàn)行程序。 (2) 通道處理機不能處理自身及輸入輸出設備的故障。 (3) 數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、碼制轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)塊檢驗等工作要CPU完成。 (4) 文件管理、設備管理等工作，通道處理機本身無能為力。 典型的輸入輸出處理機 CPU CPU …… CPU 主存 …… 主存 內(nèi)部總線 I/O 處理機 …… I/O 處理機 設 備 控制器 … 設 備 控制器 設 備 控制器 … 設 備 控制器 設 備 控制器 設備 設備 設備 設備 設備 設備 設備 設備 輸入輸出處理機除了能夠完成通道處理機的全部功能之外 ， 還具有如下功能： (1) 碼制轉(zhuǎn)換 。 (2) 數(shù)據(jù)校驗和校正 。 (3) 故障處理 。 (4) 文件管理 。 (5) 診斷和顯示系統(tǒng)狀態(tài) 。 (6) 處理人機對話 。 (7) 連接網(wǎng)絡或遠程終端 。 輸入輸出處理機還可以根據(jù)需要完成分配給它的其它任務 ， 如數(shù)據(jù)庫管理等 。 除了具有數(shù)據(jù)的輸入輸出功能之外 ， 還具有運算功能和程序控制等功能 。 不僅能夠執(zhí)行輸入輸出指令 ， 還能夠執(zhí)行算術邏輯指令和程序控制指令等 ， 就象一般的處理機那樣 。 輸入輸出處理機的種類 根據(jù)是否共享主存儲器分為： (1)共享主存儲器的輸入輸出處理機。 CDC公司的 CYBER， Texas公司的 ASC， (2)不共享主存儲器的輸入輸出處理機。 STAT100巨型機 根據(jù)運算部件和指令控制部件是否共享分為： (1) 合用同一個運算部件和指令控制部件。 造價低，控制復雜。如 CDCCYBER和 ASC (2) 獨立運算部件和指令控制部件。 獨立運算部件和指令控制部件已經(jīng)成為主流。 如 B6700大型機和 STAT100巨型機等。 輸入輸出處理機的多種組織方式： (1)多個輸入輸出處理機從功能上分工。 (2)以輸入輸出處理機作為主處理機。 (3)采用與主處理機相同型號的處理機作為輸入輸出處理機。 (4)采用廉價的微處理機來專門承擔輸入輸出任務。 輸入輸出處理機實例 CYBER1700大型機的輸入輸出處理機 PPU0～ PPU9通過總線分時共享主存儲器，并通過交叉開關網(wǎng)絡共享 12個輸入輸出通道 每個 PPU有一個容量 4K 13位的局部存儲器 每臺 PPU有 66種指令，包括算邏指令、訪存指令，輸入輸出指令及程序控制指令等。 當用戶程序需要進行輸入輸出操作時，由中央處理機發(fā)出請求調(diào)用輸入輸出處理機，由輸入輸出處理機管理外圍設備完成全部輸入輸出工作。 中央處理機主存儲器 總線PPU0 PPU1 PPU2 PPU3 PPU4 PPU5 PPU6 PPU7 PPU8 PPU9交 叉 開 關 網(wǎng) 絡通道 1 通道 2 ?? 通道 i ?? 通道 11 通道 12設 備控制器設 備控制器??設 備控制器設 備控制器設 備控制器??設 備控制器設 備控制器設備 設備 設備 設備 設備 設備 設備 設備 設備 設備C YB E R 1 7 0 0 計算機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 本章重點： 練習題： 習題四： 修改： 和 題的第 4 行修改： 其中，“ 1”表示該中斷源被屏蔽，“ 0”表示該中斷源開放。 ? 有 4個中斷處理程序，相應的中斷請求優(yōu)先級從高到低為 1,2,3,蔽碼如表所示。 ? CPU中斷響應的優(yōu)先次序是什么？ ? 如果 4個級別的中斷請求同時發(fā)生，請說明 4個中斷處理程序被執(zhí)行完的次序。 ? 假設所有的中斷處理都需 3t，中斷響應和中斷返回所需時間相對于中斷處理時間少得多。當CPU正在運行用戶程序時，同時發(fā)生第 2,3級中斷請求，經(jīng)過 2t同時發(fā)生 1,4級中斷請求。畫出程序運行過程示意圖，說明中斷處理程序被執(zhí)行完的次序。 ? 設某個字節(jié)多路通道的設備選擇時間 Ts=，傳送 1個字節(jié)的數(shù)據(jù)傳送時間 Td=。若某種低速外設每隔 500us發(fā)出一次傳送請求，那么，該通道最多可連接多少臺這種外設？ ? 有 8臺外設的數(shù)據(jù)傳輸率如表所示，設計一種通道， Ts=2us， Td=2us。 ? 按字節(jié)多路通道設計，通道的最大流量是多少？若希望從 8臺外設中至少選擇 4臺外設同時連接到該通道上，而且盡量多連接傳輸速率高的外設，那么，應選擇哪些外設連接到該通道上？ ? 按數(shù)組多路通道設計，且通道一次傳送定長數(shù)據(jù)塊的大小為 k＝ 512B，通道的最大流量是多少？從 8臺外設中應選擇哪些外設連接到該通道上？