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1、第3章總線、中斷與輸入輸出系統(tǒng)3.1輸入輸出系統(tǒng)的基本概念3.2總線設(shè)計3.3中斷系統(tǒng)3.4通道處理機?本章重點：非專用總線的總線控制方式；數(shù)據(jù)寬度及其分類；中斷為什么要分類和分級；中斷處理次序的安排和實現(xiàn)；通道流量的分析和設(shè)計。?本章難點：如何按中斷處理優(yōu)先次序的要求，設(shè)置各中斷處理程序中中斷級屏蔽位的狀態(tài)，正確畫出中斷處理過程的示意圖；通道的流量設(shè)計；畫出字節(jié)多路通道響應(yīng)和處理完外部設(shè)備請求的時空圖。3.1輸入輸出系統(tǒng)的基本概念1.輸入輸出系統(tǒng)包括內(nèi)容:I/O設(shè)備、設(shè)備控制器及與I/O操作有關(guān)的軟硬件等。2.I/O系統(tǒng)的發(fā)展：1)早期及目前低性能單用戶計算機
2、的I/O操作由程序員直接安排。主要解決CPU、主存和I/O設(shè)備之間的速度差距。2)現(xiàn)在改由用戶向系統(tǒng)發(fā)出I/O請求，經(jīng)OS來分配調(diào)度設(shè)備并進行具體的I/O處理。主要解決面向OS在OS與I/O系統(tǒng)間進行合理的軟、硬件功能分配。3.I/O系統(tǒng)的功能1)功能:對指定的外設(shè)進行輸入、輸出操作，同時完成其它的管理和控制。2)包括：a)對指定外設(shè)的信息編址，連接好主存與指定外設(shè)的信息通路。b)完成指定外設(shè)編址區(qū)和OS指定的主存空間之間的信息傳送。?輸入：外設(shè)編址區(qū)信息主存?輸出：主存信息外設(shè)編址區(qū)c)對傳送信息的格式變換，產(chǎn)生有關(guān)I/O操作是否完成或出錯的狀態(tài)信息，經(jīng)由中斷
3、系統(tǒng)交給OS分析處理。3)實現(xiàn)：a)部分由I/O指令、I/O設(shè)備及其控制器完成b)部分由OS完成4.I/O系統(tǒng)的三種方式1)程序控制I/Oa)全軟的b)程序查詢狀態(tài)驅(qū)動的—鍵盤c)中斷驅(qū)動的—中斷控制器8259A2)直接存貯器訪問(DMA)3)I/O處理機a)通道方式(Channel)有自己的指令和程序，功能簡單，使用面窄。b)外圍處理機方式(PPU)獨立性、通用性和功能較強。3.2總線設(shè)計I/O系統(tǒng)的總線既要能傳送數(shù)據(jù)信息、地址信息、控制信息，還要傳送狀態(tài)信息，并使多臺外設(shè)與CPU或主存交叉地經(jīng)這些總線傳送信息。所以其設(shè)計的好壞，對I/O系統(tǒng)的性能影響較大。3
4、.2.1總線的類型1.按信息傳送方向分1)單向傳輸2)雙向傳輸a)半雙向:在同一時刻，信息只能向其中的一個方向傳送。b)全雙向：在同一時刻，允許信息在兩個方向傳送。全雙向速度快，但是造價高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。2.按用法分1)專用總線a)定義：只連接一對物理部件的總線。b)優(yōu)點：?多個部件可以同時發(fā)送和接受信息，幾乎不必爭用總線，系統(tǒng)流量高。?控制簡單，不用指明信息源和目的。?任何總線的失效只影響相連的兩個部件不能直接通信，但可以間接通信，系統(tǒng)可靠性高。c)缺點：?總線數(shù)目多，N個部件全部互連需N(N-1)/2組總線。?難以小型化、集成電路化，總線長時成本高。?利用率低?
5、不利于模塊化，增加一個部件要增加許多新的接口和連線。ABCDE所有部件用專用總線互連2)非專用總線a)定義:可以被多種功能或多個部件分時共享，同一時刻只有一對部件使用總線進行通信。b)優(yōu)點：?總線少，造價低。?接口標(biāo)準(zhǔn)化、模塊性強，易于簡化接口設(shè)計。?擴充能力強，多重總線提高帶寬和可靠性。c)缺點：?經(jīng)常出現(xiàn)總線爭用，系統(tǒng)流量小。?可能成為系統(tǒng)速度瓶頸，導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓?？偩€3.2.2總線的控制方式1.產(chǎn)生原因采用非專用總線時，可能出現(xiàn)多個設(shè)備或部件同時使用總線而發(fā)生爭用，就得有總線控制機構(gòu)來按照某種方式裁決，保證同一時間只能有一個高優(yōu)先級的申請者取得總線使用權(quán)。2
6、.控制方式1)集中式控制總線控制邏輯基本上集中放在一起，或者放在連接總線的一個部件中，或者是放在單獨的硬件中。我們主要講述這一控制方式。2)分布式控制總線控制邏輯分散于連到總線的各個部件中。3.優(yōu)先次序的三種確定方式1)串行鏈接方式部件0部件1部件N-1總線控制器總線可用總線請求總線忙集中式串行鏈接a)次序確定完全由“總線可用”線所接部件的物理位置來決定，離總線控制器越近的部件其優(yōu)先級越高。b)優(yōu)點：?算法簡單，線數(shù)少，且不取決于部件的數(shù)量。?部件增加容易，可擴充性好。?邏輯簡單，容易通過重復(fù)設(shè)置來提高其可靠性。c)缺點：?對“總線可用”線敏感，一個部件不能正確
7、傳送“總線可用”信號,其后部件都得不到使用權(quán)。?優(yōu)先級固定，不可被程序更改，靈活性差。?遙遠部件難以獲得總線使用權(quán)。?“總線可用”信號順序、脈動地通過每一部件,限制了總線分配的速度。?受總線長度影響，增、減及移動部件也受限。2)定時查詢方式：部件0部件1總線控制器總線請求總線忙部件0部件1部件N-1總線控制器總線請求總線忙集中式定時查詢定時查詢計數(shù)……a)次序確定?總線分配前計數(shù)器清“0”,從“0”開始查詢，優(yōu)先級排序類似串行鏈接。?總線分配前不清“0”，從中止點繼續(xù)查詢，是循環(huán)優(yōu)先級，部件使用總線機會均等。?總線分配前將計數(shù)器設(shè)置初值，可以指定某個部件為最高優(yōu)
8、先級。?總線分配前將部件
