【正文】 多達(dá)（ n 1）個(gè)設(shè)備可以在一套總線上通信 ? 設(shè)備可以是從設(shè)備（目標(biāo)）或 主設(shè)備（發(fā)起方） ? SCSI協(xié)議： 控制器和 SCSI磁盤進(jìn)行特定動(dòng)作的一系列狀態(tài)（階段） ? 總線空閑 :當(dāng)前沒有設(shè)備訪問總線 ? 仲裁 : 當(dāng) SCSI總線空閑，多個(gè)設(shè)備可能發(fā)出總線請(qǐng)求；根據(jù)地址分別具有固定的優(yōu)先級(jí) ? 選擇 : 通知目的方，它將參予（如果斷連，需要重選） ? 命令 : 發(fā)起方從主機(jī)存儲(chǔ)器讀取 SCSI命令，并送到目的方 ? 數(shù)據(jù)傳輸 : 數(shù)據(jù)輸入或輸出，開始方：目的方 ? 消息（信報(bào)）階段 : 消息輸入 或 輸出 發(fā)起方：目的方 (識(shí)別、存儲(chǔ) /恢復(fù)數(shù)據(jù)指針、斷連、命令完成 ) ? 狀態(tài)階段（ Status Phase） : 目的方，命令剛完成后 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 并行 I/O總線示例 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 串行 I/O總線示例 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 SCSI “bus”: Channel Architecture C om m a nd S e t upA rb i t r a t i onS e l e c t i onM e s s a ge O ut ( Id e nt i f y)C om m a ndD i s c onn e c t t o s e e k/ ? l l b uf fe rM e s s a ge I n ( D i s c onn e c t ) B us F r e e A rb i t r a t i onR e s e l e c t i onM e s s a ge I n ( Id e nt i fy)D a t a T ra ns fe rD a t a I nD i s c onn e c t t o ? l l b uf fe rM e s s a ge I n ( S a ve D a t a P t r)M e s s a ge I n ( D i s c onn e c t ) B us F r e e A rb i t r a t i onR e s e l e c t i onM e s s a ge I n ( Id e nt i fy)C om m a nd C om p l e t i onS t a t usM e s s a ge I n ( C om m a nd C om p l e t e )If no di s c o nne c t i s ne e de dC om p l e t i onM e s s a ge I n ( R e s t or e D a t a P t r)點(diǎn)到點(diǎn)協(xié)議 發(fā)起方 /目的方 線性字節(jié)流 斷連 /重連 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 通信網(wǎng)絡(luò) 性能受限于存儲(chǔ)系統(tǒng)、操作系統(tǒng)開銷 N odeP ro c e s s orC ont r olR e g. I / FN e tI/ FM e m or yR e q u e s tB l o c kR e c e i v eB l o c kM e di aN e t w or k C ont ro l l e rP e r i phe ra l B a c kpl a ne B usD M A. . .P ro c e s s or M e m or yL i s t o f r e q u e s t b l o c k sD a t a t o b e t r a n s m i t t e d. . .L i s t o f r e c e i v e b l o c k sD a t a r e c e i v e dD M A. . .L i s t o f f r e e b l o c k s? 發(fā)送 /接收 在處理器存儲(chǔ)器中排隊(duì) ? 網(wǎng)絡(luò)控制器 通過 DMA進(jìn)行向前 /向后 拷貝 ? 無需要主機(jī)干涉 ? 當(dāng)消息發(fā)送或接收時(shí)，中斷主機(jī) 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 I/O 控制器體系結(jié)構(gòu) Peripheral Bus (VME, FutureBus, etc.) Host Memory Processor Cache Host Processor Peripheral Bus Interface/DMA I/O Channel Interface Buf fer Memory ROM 181。 異步總線傳輸：控制線（請(qǐng)求、應(yīng)答）用于控制事件序列。 ? 一些阻礙專用總線加速比的物理限制。 DMAC 向外設(shè)控制器提供握手信號(hào)， 向存儲(chǔ)器提供存儲(chǔ)地址和握手信號(hào) 0 ROM RAM Peripherals DMAC n 存儲(chǔ)器映射 I/O 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 輸入 /輸出處理器 CPU IOP Mem D1 D2 Dn . . . 主存總線 I/O 總線 CPU IOP 向 IOP發(fā)射指令 完成后中斷 (1) 存儲(chǔ)器 (2) (3) (4) 設(shè)備 與 存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳送由 IOP直接控制 IOP 偷取 存儲(chǔ)器周期 OP Device Address 目標(biāo)設(shè)備 命令在哪里 在存儲(chǔ)器中查找命令 OP Addr Cnt Other 做什么 數(shù)據(jù)放在哪里 多少 特殊請(qǐng)求 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 與處理器體系結(jié)構(gòu)的關(guān)系 ? I/O 指令已經(jīng)基本消失了 ? 中斷向量 被 跳轉(zhuǎn)表（ jump tables）替代 PC M [ 中斷向量地址 + 中斷號(hào) ] PC 中斷向量地址 + 中斷號(hào) ? 中斷： ? 堆棧 被 窗口寄存器 所替代 ? 中斷處理程序保存寄存器，并且重新使能更高優(yōu)先級(jí)的中斷的請(qǐng)求 ? 中斷類型的數(shù)量不斷減少；中斷處理程序必須詢問中斷控制器 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 與處理器體系結(jié)構(gòu)的關(guān)系（緒） ? 提高處理器性能增設(shè)的 cache對(duì) I/O提出新的問題 ? 沖洗 CACHE非常費(fèi)時(shí)，而 I/O可能污染 cache ? 可以從共享存儲(chǔ)多處理器的“監(jiān)聽 (snooping)”策略借鑒解決方案 ? 虛擬存儲(chǔ)器 對(duì) DMA 提出新問題 ? 一些 Load/store結(jié)構(gòu)可能要求原子性操作 ? 裝入鎖定（ load locked）、條件存儲(chǔ)（ store conditional） ? 處理器難以進(jìn)行 上下文切換（ context switch） 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 網(wǎng)絡(luò)附屬存貯 磁盤大小逐步縮小 網(wǎng)絡(luò)帶寬逐步增加 網(wǎng)絡(luò)文件服務(wù) 在高速網(wǎng)絡(luò)上的 高性能 存貯服務(wù) 14 ?10 ? 8 ? ? ? ? ? ?. . . 基于磁盤陣列的高帶寬磁盤系統(tǒng) 3 Mb/s ? 10Mb/s ? 50 Mb/s ? 100 Mb/s ? 1 Gb/s ? 10 Gb/s 網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)高帶寬傳輸能力 網(wǎng)絡(luò)提供了更好的 物理和邏輯接口： 獨(dú)立的 CPU 和 存貯系統(tǒng)！ 支持遠(yuǎn)程文件訪問的 操作系統(tǒng) 結(jié)構(gòu) 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 互聯(lián)的發(fā)展趨勢(shì) 網(wǎng)絡(luò) 1000 m 10 100 Mb/s high (ms) low Extensive CRC 通道 10 100 m 40 1000 Mb/s medium medium Byte Parity 底板 1 m 320 1000+ Mb/s low (181。 I/O總線 VME bus MultibusII 40 Mbytes/sec （樂觀） 10 MIPS 處理器 使該總線完全飽和 ! 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 存儲(chǔ)器映射 I/O ROM RAM I/O 單存儲(chǔ)器 amp。 D1 D2 D3 P39。 ReedSolomon Codes Failure Prediction (無容量開銷 !) VaxSimPlus 技術(shù)上有爭(zhēng)議 關(guān)鍵技術(shù) : 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 冗余磁盤陣列 RAID 1: 磁盤鏡像 /影像 每個(gè)磁盤都完全復(fù)制到它的“影子” 可以達(dá)到非常高的可用性 完成寫操作需要犧牲帶寬 : 邏輯寫 = 兩次物理寫 對(duì)于讀操作 ,可以進(jìn)行優(yōu)化 代價(jià)很高的一種解決方案： 100%的容量開銷 面向：高 I/O速率、高可用性的環(huán)境 恢復(fù)組 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 冗余磁盤陣列 RAID 3: 位交織奇偶校驗(yàn)磁盤 P 10010011 11001101 10010011 . . . 邏輯記錄 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 條狀物理 記錄 ?在恢復(fù)組上進(jìn)行奇偶計(jì)算 以防 硬盤失效 在上述配置中，維存儲(chǔ)奇偶位需要增加 33%的容量開銷 更寬的陣列將相對(duì)降低容量開銷、降低預(yù)想的可用性、增加數(shù)據(jù)重建時(shí)間 ?盤臂邏輯上同步、轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)同步 邏輯上是一個(gè)單一高容量的、高傳輸率的磁盤 面向高帶寬應(yīng)用：科學(xué)計(jì)算、圖像處理 北京大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)教研室 冗余磁盤陣列 RAID 5+:塊 交織分布奇偶校驗(yàn)磁盤 一次邏輯寫變成 四次物理 I/O 由于交叉奇偶位存放，因而可以進(jìn)行獨(dú)立寫操作 在數(shù)據(jù)重建中，為數(shù)據(jù)