7.5 通道与IOP.doc

7.5 通道与IOPI/O通道方式问题的提出：DMA的适用范围：对于小型、微型计算机系统，实现了高速的外部设备与内存之间的数据传输。原因：外设数量与种类有限。大、中型计算机系统中的DMA问题： 如果为数众多的外设都配置专用的DMAC，将大幅度增加硬件成本，如果众多DMAC同时访问内存时，将出现众多冲突，使控制复杂化； 采用DMA传送方式的众多外设需要CPU的管理控制，加大了CPU的开销。1.概述I/O通道:是计算机系统中代替CPU管理控制外设的独立部件，它是能够执行有限I/O通道指令的I/O控制器，提高主机与I/O设备之间并行程度。I/O通道的任务:控制与管理I/O操作，为I/O设备提供传输数据的通道。特点：一台主机可以连接若干I/O通道，每个I/O通道通过I/O总线能够连接多台I/O设备。形成主机-I/O通道-I/O设备控制器-I/O设备四级连接方式。 具有I/O通道的计算机系统除了提供CPU机器指令系统外，系统还要增设I/O通道指令，用I/O通道指令编制I/O通道程序，存放到存储器中，以便供传送时执行。 早期的系统中，通道作为CPU的一部分，其执行通道程序是借助CPU的某些部件，这类通道称之为：结合型通道。该系统中，通道程序存储于主存储器，即通道与主CPU共享主存（问题：CPU与通道可以独立、并行执行各自的程序，但由于不断的访问内存造成访问冲突导致程序执行效率低）。目前高档计算机系统中，通道具有自己的局部存储器，这样减少了访问主存的冲突，但数据交换的访存冲突依然存在。I/O通道与DMA、中断的比较：DMA数据传送是由纯硬件管理I/O，只能实现简单的数据传送；I/O通道是基于I/O通道硬件，依靠执行I/O通道程序来管理I/O。因此，通道除了承担DMA全部功能外，还承担了对设备初始化、并能处理来自单个字符传送为主的低速外设的中断请求等等。与中断相比，通道方式无需CPU执行中断处理程序，几乎完全取代主CPU去管理I/O操作，使主CPU的工作效率大大提高。I/O通道的功能：根据CPU要求选择指定外设与系统相连，向该外设发出操作命令并进行初始化；指出要求外设读写信息的位置以及与外设交换信息的主存缓冲区地址；控制外设与主存之间的数据交换，并完成数据字的分拆与装配；指定数据传送结束时的操作内容，并检查外设的状态：正常或故障。IOP部件：IOP即为I/O处理机，简写为IOP。IOP被视为主机中的一部分，也称为协处理器，意为替主CPU分担管理I/O设备，它与主CPU耦合很紧密。IOP结构更接近于常规的CPU，更具独立性，可有独立的局部存储器；除了完成传统通道的数据I/O功能外，还能进行一些功能复杂的预处理，例如码制转换、格式变换、搜索、错误检测与纠错、字与字节的拼装/拆卸等等。2.通道的类型 字节多路通道字节多路通道：是一类简单的共享通道，在时间分割的基础上，服务于多台面向字符的低、中速外设。特点：字节多路通道包括多个子通道，每个子通道服务于一个设备控制器，能够独立的执行通道指令。 除公用控制系统之外，每个子通道包括：字符缓冲寄存器、I/O请求标志寄存器、I/O控制寄存器、主存地址寄存器和字节计数寄存器。 系统中的每一设备分时占用通道一个很短的时间段，不同的设备在各自分得的时间段内与通道建立传输连接、实现数据传送。 目前低速设备包括：键盘、打印机等。 选择通道 选择通道：每次只能从所连接的设备中选择一台I/O设备，此时该通道程序独占整个通道，当该设备与主存交换数据结束后，选择通道再转去执行另一个设备的通道控制程序，为另一台设备服务。 特点：连接在选择通道上的若干设备依次使用通道与主存交换数据。 数据传送是以数据块（成组）方式进行，每次传送一个数据块，速率很高。 连接在选择通道上的若干设备不能并行工作，只能依次选择通道与主存交换数据。 数组多路通道 数组多路通道：是把字节