第3章 总线中断与输入输出系统.ppt

1、1、第3章总线、中断和输入输出系统、3.1输入输出系统概要3.2总线设置修订3.3中断系统3.4通道处理器3.5外围处理器、2、3.1输入输出系统概要，本节中，1 .在高性能多用户计算机系统中，I/O 2 .了解i/o系统的三种方式和i/o处理器的两种形式。 本章要点：非专用总线的控制方式数据宽度的定义和分类中断为什么分类、分类中断处理顺序的配置信道流量的分析和设定、3、输入输出的原理：处理器可以提供与外部世界交流和通信的各种手段。 3.1输入输出系统概要、与I/O设备控制器的输入输出相关的硬件和软件。 I/o系统的主要功能：对指定的外围设备进行I/o操作，同时完成许多其他管理和控制。 将信息

2、地址给予指定的外围设备，以连接主存储器与指定的外围设备之间的信息路径、以及完成在指定的外围设备地址区域与操作系统指定的主存储器空间之间所请求的信息传输。I/O系统、I/O操作需要解决的问题：单用户： I/O操作仅供程序员使用，以解决CPU、主存储和外围设备之间的速度差异。 多用户： I/O操作面向操作系统，解决了操作系统和I/O系统的硬件和软件功能分配问题，I/O功能反映在高级语言和操作系统界面上。4，I/O系统三种方式：程序控制I/O (无条件I/O、程序查询I/O、中断方式) DMA I/O处理器(通道方式、外围处理器)、通道方式：可视为通道指令简单、使用面狭窄通道不是一个独立的处理器。

3、外围处理器：独立性、通用性、功能强的处理器。 问题：多用户计算机的输入/输出系统必须针对操作系统进行设置。 在：低性能单用户计算机系统中，输入/输出直接部署到应用程序。 另一方面，在高性能多用户计算机系统中，各个用户共享整个I/O系统。 为了防止各用户使用I/O系统可能发生的冲突，保证系统整体工作的安全可靠性，提高I/O系统的工作效率，用户程序向系统提出输入输出请求，通过操作系统统一手动进行输入输出操作因而，多用户计算机的输入/输出系统必须针对操作系统进行修订，以确保在操作系统和输入/输出系统之间如何进行软硬件功能分配，如5、3.2总线设置修订、1输入/输出系统的总线2总线设置修订的内容：总线

4、的类型、控制方式、通信技术、数据宽度、总线数、总线标准化、总线通信量。 在本节中，1 .要求理解专用总线和非专用总线的定义、优点和缺点。 2 .了解非专用总线的三种总线控制方式的总线分配过程、优缺点以及应该增加的辅助控制总线数。 3、了解总线分别采用同步和异步通信方式的通信过程、优缺点和适用情况。 4 .了解数据宽度的定义及其与数据路径宽度的定义的差异，使用5种数据宽度时。 5 .应理解，在满足性能和流量设定纠正要求的情况下，总线线路数可采取减少的方法。 6、3.2.1总线类型3.2.2总线的控制方式3.2.3总线的通信技术3.2.4数据宽度和总线行数，7、3.2.1总线类型按数据传输方向：单

5、向传输总线双向传输总线() 总线由于用途(用法)，专用总线：一对物理专用总线：优势：系统流量高，可靠，控制简单。缺点：总线线数多，n个部件通过双向专用总线相互连接，需要N*(N-1)/2组总线的总线时间利用率低，不利于系统模块化，系统扩展性差。 非专用总线：可由多个功能或多个部件分时共享。 优势：系统成本低、模块化强、可扩展性强的缺点：总线在总线出现故障时，容易导致整个I/O系统瘫痪，因为总线可能成为整个系统的速度、性能瓶颈。 a，b，n，8，3.2.2总线的控制方式I/O系统多采用非专用总线。 使用非专用总线来连接多个模块并传输信息，并且如果多个模块想要同时请求控制总线的操作，则需要在总线决

6、策器中确定哪些模块控制总线。非专用总线控制方式：集中控制：总线控制机构基本集中。 (重点介绍)分散控制：总线控制逻辑分散于各部件。 集中总线控制、串行链路控制定时查询方式独立查询方式、总线控制器、总线请求、总线响应(总线可用)、总线状态(可用)、9、1、集中串行链路方式： 2 .总线不忙时，总线控制器返回总线响应(总线可用)信号。 3 .未传输总线请求信号的组件传输总线响应信号，并且所发送的组件均陷阱响应信号。 4 .在陷阱之后，发送总线忙碌状态、取消请求并开始总线占用。 5 .转送结束取消巴士繁忙。 6 .如果总线不忙，取消总线响应。 总线控制器、零件0、零件1、零件N-1、总线可用、总线请

7、求、总线忙、10、1、集中串行链接式(2) 2.零件容易增加，扩展性好。 3 .通过反复设置，容易提高可靠性。 缺点：1.对总线可用线路及其相关电路的故障敏感。 2 .优先顺序为线连固定，不灵活。 3 .总线的分配速度受到限制。 总线控制器、部件0、部件1、部件N-1、总线可用、总线请求、总线忙、11、2 .集中计时查询方式(1)、(2)总线分配进程：1 .部件发出总线请求。 2 .总线不忙时，总线控制器的查询计数器开始计数。 3 .按时查询各部件。 4 .部件接受计数值，如果与部件号一致，则总线忙碌，取消请求，判断为占有总线。 5 .总线控制器接收总线繁忙，停止计数，停止查询。 6 .转送结

8、束取消巴士繁忙。 总线控制器、部分0、部分1、部分N-1、总线请求2 .可靠性高。 缺点：1.总线数多。 2 .部件数限制为计时查询线数。 3 .控制复杂。 4 .总线分配的速度提不上来。 总线控制器、部分0、部分1、部分N-1、总线请求、(2)总线分配进程：1 .部分发行总线请求。 2 .总线不忙时，用某种算法给出总线应答。 3 .响应部件传送总线忙碌状态、取消请求并开始占用总线。 4 .转发结束，取消公共汽车繁忙。 5 .如果总线不忙，取消总线响应。总线控制器、组件0、组件N-1、总线请求0、总线请求N-1、总线许可0、总线许可N-1、总线分配2 .可以选择方法决定应答的部件。 3 .能够

9、容易地隔离故障部件的请求。 缺点：1.控制线的数量过多。 2 .总线控制器多是复杂的。总线控制器、组件0、组件N-1、总线请求0、总线请求N-1、总线许可0、总线许可N-1、总线分配的优点：信息传输速率高，总线长度的影响小。 缺点：但总线上的时钟时滞会导致同步误差，时钟线上的干扰信号容易引起误同步。 得到总线控制权后，开始真正的数据传输。 总线上的信息传输方法是总线传输方式。同步通信异步通信、16、以及应回答是否接收到目标组件的对数数据以及是否正确以增强可靠性。 在同步时间片的宽度大到能够对每一个字的传送作出响应的情况下，必须考虑总线上连接的最低速度的组件，同步通信的数据传输速度比后述异步通信

10、慢。 一种解决方案是，在正常情况下，目的地部件不回答，源部件也不等待回答信号，但是在发生错误的情况下，目的地部件在经过了同步时间片之后，向源部件返回错误信号，以不降低正常总线的传输率。 但是，在这种方法中，源组件需要设置大量的缓冲，以保存已经转发但是已经确认并且没有回答的所有数据，以便重发。 17，2异步通信的意思：用于I/O总线，连接不同速度的I/O设备。 异步通信有单向控制和双向(请求/回答)控制两种。 (1)单向控制：意味着通信过程仅由目的或源部件之一来控制。 单向控制有主动控制和目标控制两种。 优点：简单、快速。 缺点：在下一次数据传输前，不能保证所有数据线和控制线的电平信号恢复到初始

11、状态，有可能发生错误。 延迟时间、延迟时间、延迟时间、延迟时间、延迟次数、延迟次数、延迟次数、延迟次数、延迟次数、延迟次数、延迟次数。 通过增加信号总线往返传输的次数、使控制硬件复杂化，它可以适应各种速度的I/O设备，保证数据传输的准确性，具有较高的数据传输速率。信号恢复以延迟完成，19，3.2.4数据宽度和总线数，数据宽度的含义： I/O设备获得I/O总线使用权后(主I/O总线分配期间内)，传输的数据总量。 例如，在DMA传输中有单字节传输和块传输，一次传输的数据的总量不同。 数据路径宽度是数据总线的位数，即数据传输的物理宽度。 也就是说，在一个时钟周期内传输的信息量直接取决于数据总线的线数

12、。 在辅助分配总线之间传输的数据宽度可以通过多个时钟周期的辅助传输来完成。 采用怎样的数据宽度，涉及总线上的各设备的工作特性、采用总线控制方式、通信技术。 单词：一次一个字(或单字节)，低速设备。 固定长度块：固定长度数据块，高速设备可变长度块：灵活性好，中高速设备单字固定长度块：速度低但优先级高的设备单字可变长度块：灵活性、控制复杂等。 数据宽度、数据宽度有以下5种：20、2总线数：总线需要收发电路、传输线和电缆、中继插头和电源等。 总线的线数越多，成本越高，噪音越大，可靠性越低，占用的空间也越大，当然传输速度和流量也越高。 总线长度越长，成本越高，噪声越大，波形失真越严重，可靠性越低。 因

13、此，越长的公共汽车，其线数应该越少。 行的组合：同一行的多种功能(多路复用)。 残奥级/串行/残奥级转换码：功能组和。 减少线路数的方法：总线的类型、控制方式、通信技术、数据宽度、总线线路数决定了总线的使用方式。、21、总线设置修订应解决接口标准化问题。 流量的确定：总线的流量大于总线上连接的各设备的平均流量之和，必须适当配置一定容量的缓冲器，使流量平滑化。 此外，还需要考虑系统范围内的通信量分配平衡等问题。 总线通信量超过一定范围后，总线的价格会随着通信量的增加而显着上涨，因此，根据需要，系统可以安装多条总线，限制总线长度和连接的设备数量，从而使总线系统整体的价格比高速单总线方式便宜22、3

14、.3中断系统、中断系统不仅是I/O系统，也是整个系统不可或缺的重要组成部分，在I/O处理、实时处理、人机联系、多通道程序、目标程序和操作系统联系等方面起着重要的作用掌握要求：1.理解中断源分为不同的类和级别的原因，理解中断源可以分为哪些类和哪些级别。 2 .理解设置中断水平的掩码位的作用，插入嵌套的基本原则。 3 .按照请求的中断处理(完成)的顺序对各中断处理程序设定中断掩码的状态，熟练地掌握在发生各种中断等级的请求时，正确描绘CPU执行程序时的状态迁移过程的图像。 4 .理解中断系统在软硬件功能分配中的基本原理。23、3.3.2中断的分类和分级3.3.2中断系统的软硬件功能分配、24、3.3

15、.2中断的分类和分级中断源：引起中断的各种事件。 中断请求：中断源向中断系统提出请求中断的请求。 中断响应：中断请求允许中断CPU当前程序的执行，转移到预处理该请求，保存中断点，调用处理该中断的中断处理程序，准备执行。 另一方面，中断分类的目的：由于中断源数多，形成单个条目，硬件复杂，成本高，所以进行分类，将性质相近的中断源分为一个。 同一类型的中断共享一个中断入口地址，用软件形成实际的入口地址。 机械检查中断：设备故障、电源故障、主记忆错误。 管理程序调用(访问管理中断):访问管理命令。 程序性中断：溢出、除数为零、数据格式错误。 外部中断：计时器，外部信号。 输入输出中断： I/O请求。 重新启动中断：启动其他程序。 一般是6种中断(IBM370 )，优先级1上位2 2 3 4 5下位，25，2，中断的排序：中断排序的目的：解决多个中断请求同时发生时的应答顺序的问题。 排名原则：1.同一类的优先级由软件管理(一般同一类，不同类不同)2.不同类的中断根据中断的优先级分为不同类。 优先级高、低的区分根据设备而不同，一般第一级的优先级最高，依次下降。 机器中断通常分为五个阶段。 验证最低限度为第1阶段、第2阶段的程序性和管理程序调用、第3阶段的外部、第4阶段的输入输出、重启。 这是在不同种类的中断时中段响应队