《計算機原理與設(shè)計王保恒-16214CH6-2005》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《計算機原理與設(shè)計王保恒-16214CH6-2005（108頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第六章輸入輸出(I/O)控制,何謂I/O控制:對I/O操作的軟、硬件管理。,本章主要從硬件角度討論I/O控制。從軟件角度討論I/O控制是操作系統(tǒng)(OS由作業(yè)管理、進程管理、存儲管理、設(shè)備管理、文件管理五部分構(gòu)成)的主要內(nèi)容之一。,本章主要內(nèi)容：外設(shè)簡介I/O控制的有關(guān)問題程序直接控制傳送中斷系統(tǒng)及程序中斷控制傳送直接內(nèi)存存取DMA(DirectMemoryAccess)I/O通道(I/OCHannel),6.1外圍設(shè)備簡介,外圍設(shè)備亦稱I/O設(shè)備,簡稱外設(shè)PD/PE(PeripheralDevice/Equipment)。,何謂外設(shè):安裝在主機周圍,與主機進行信息交換,并改變信息形態(tài)的裝置。,

2、6.1.1外設(shè)分類,1.按使用類型分通用設(shè)備:鍵盤、鼠標、顯示器、打印機外存儲器、繪圖儀、繪圖機、通用終端等等。專用設(shè)備:聲音輸入、聲音輸出、觸摸屏、手寫筆、A/D、D/A、數(shù)傳機、調(diào)制解調(diào)器(Modullator)、網(wǎng)絡(luò)橋接器(Bridge)、網(wǎng)關(guān)(Gateway)、專用終端等等。,2.按功能分,輸入設(shè)備:鍵盤、鼠標、觸摸屏、掃描儀等輸出設(shè)備:顯示器、打印機、記錄儀、繪圖機等外存儲器:硬盤、光盤、軟盤、磁帶等,網(wǎng)絡(luò)通信及終端設(shè)備:數(shù)傳機、調(diào)制解調(diào)器、網(wǎng)絡(luò)橋接器、路由器、網(wǎng)關(guān)和各種終端設(shè)備。,簡單終端:具有人機對話和簡單的輸入輸出功能,通常配有鍵盤、顯示器、打印機智能終端:除具有簡單終端的功能

3、外,還具有數(shù)據(jù)處理功能。通常配有鍵盤、顯示器、打印機和處理機,配備管理軟件和用戶程序。專用終端:專作某種工作,完成單一功能。,模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)備:A/D、D/A,6.1.2外設(shè)在計算機系統(tǒng)中的地位與作用,1.外設(shè)是計算機系統(tǒng)重要組成部分相當于計算機的五官四肢,沒有,計算機不能運轉(zhuǎn);不全或性能不好,計算機效率低。,2.人機通信和對話的工具了解機器運行狀態(tài);進行故障診斷檢測;控制、命令計算機。都要通過外設(shè)。如:鍵盤、鼠標、顯示器。,3.不同媒體間信息變換的裝置,4.系統(tǒng)軟件及信息資源的駐留地,5.推廣應(yīng)用的橋梁,6.1.3外設(shè)與主機的連接方式,除外存儲器在輸入輸出設(shè)備與設(shè)備控制器之間必須加驅(qū)動器外,其它

4、外設(shè)與主機的連接方式如圖6.1P317,I/O控制主要講授的就是上圖中的輸入輸出系統(tǒng)接口。該系統(tǒng)接口將因設(shè)備的不同、主機的要求不同而存在很大差別。,磁盤存儲器與主機的鏈接方式,6.2.1I/O設(shè)備和I/O操作的特點,1.I/O設(shè)備的特點,慢速性：I/O是機電、機械設(shè)備裝置,其速度為ms/s,甚至為S(秒)級；而主機,尤其是CPU卻是ns秒級。兩者速度差異很大,所以I/O是影響計算機系統(tǒng)工作效率的兩大瓶頸之一。,多樣性：品種多、功能強、涉及學科領(lǐng)域多,如機械、光電、磁、聲、自動控制、通信等。,復雜性：外設(shè)品種多、差異大；體積大小懸殊；工作原理相差極大；簡單到鼠標,復雜到磁盤、光盤、激光打印機。,

5、6.2.1I/O設(shè)備和I/O操作的特點,2.I/O操作的特點,異步性:主機與外設(shè),外設(shè)與外設(shè)速度差異很大,導致CPU對外設(shè)的控制,外設(shè)對CPU的請求都將是隨機的、異步的。,實時性:外設(shè)速度慢,但一經(jīng)啟動,則以固定速率工作,要求主機在規(guī)定的時間內(nèi)完成信息交換,I/O操作的實現(xiàn)與設(shè)備的無關(guān)性:外設(shè)雖多種多樣,但I/O操作應(yīng)盡量標準化,使I/O操作的實現(xiàn)與設(shè)備無關(guān)。即：通過簡單的命令即可使用外設(shè)并完成I/O操作盡可能少的考慮外設(shè)的內(nèi)部細節(jié),而是將外設(shè)的內(nèi)部細節(jié)隱藏在各自的設(shè)備控制器和接口的可變部分中。,6.2.2四級I/O子系統(tǒng)和三級I/O子系統(tǒng),何謂I/O子系統(tǒng):完成I/O操作的所有軟件和硬件,1

6、.四級I/O子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(P319),主機部分:只和I/O通道打交道,其功能為:發(fā)出查詢通道或外設(shè)的I/O指令。發(fā)出啟停通道的I/O指令,處理通道的請求。,1.四級I/O子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),I/O通道:它是系統(tǒng)級接口的一種,其功能為:代替CPU調(diào)度,管理和控制外設(shè)工作。即啟停I/O、使I/O工作、接收并寄存I/O狀態(tài)、向CPU提出I/O通道請求,設(shè)備控制器DC控制一臺或多臺外設(shè)實現(xiàn)I/O的操作(如:讀、寫、打印等)和I/O的輔助操作(如:定位、走紙、尋道、歸零等)。設(shè)備不同,DC也不同但都以標準方式與通道連接,外設(shè)PD/PE(PeripheralDevice/Equipment)：外設(shè)可為1臺外設(shè)、

7、1個終端或另1臺計算機,2.三級I/O子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(P320),采用CPU中I/O邏輯、I/O接口和外設(shè)三級層次,2.三級I/O子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(P320),CPU中的I/O邏輯:其功能為發(fā)出啟停、查詢、使用外設(shè)的I/O的指令。接收并處理接口請求。,I/O接口(指程序直接控制傳送、程序中斷控制傳送和DMA傳送接口)的功能為將CPU啟停、查詢、使用外設(shè)的I/O指令送PD控制數(shù)據(jù)交換。接收、寄存I/O狀態(tài)和請求,并送CPU。,PD及其控制器控制一臺外設(shè)實現(xiàn)I/O操作及輔助操作,注意:三級子系統(tǒng)中設(shè)備控制器被分割:標準公共的部分在I/O接口中,非標準的部分在PD中。,3.直接內(nèi)存存取方式DMA(Dire

8、ctMemoryAccess),6.2.3I/O控制的類型(P320P321),1.程序直接控制方式PDC(ProgramDirectControl),2.程序中斷傳送方式PIT(ProgramInterrputTransfer),4.I/O通道控制方式I/OCH(I/OCHannelcontrol),主機專用于高速運算,PPU專伺于I/O控制。PPU除完成I/O控制外,還進行碼制變換,數(shù)據(jù)糾檢錯,控制通信,維護分析。計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由集中式發(fā)展為分布式系統(tǒng),6.2.3I/O控制的類型(P320P321),5.外圍處理機方式PPU(PeripheralProcessorUnit),何謂PPU:用

9、具有豐富指令系統(tǒng)和相當容量主存的小型機作I/O控制。稱該小型機為PPU。特點：,如YH2使用三臺小型機,兩臺VAX11/780用于管理I/O,一臺VAXII用于維護診斷I/O。,6.2.4輸入輸出(I/O)接口,實現(xiàn)主機與外設(shè)的通信和控制,何謂I/O接口:亦稱輸入輸出系統(tǒng)接口,即主機和外設(shè)間的接口。,1.I/O接口的功能和組成,尋址功能,數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和電平變換,數(shù)據(jù)緩存和傳送數(shù)據(jù),提供外設(shè)和接口狀態(tài),P325,6.2.4輸入輸出(I/O)接口,按接口與設(shè)備之間的傳輸寬度分類并行接口和串行接口,2.I/O接口的分類,按主機與外設(shè)通信控制方式分類同步接口和異步接口,按信息傳送的控制方式分類程序直接

10、控制傳送接口程序中斷控制傳送接口DMA接口I/O通道,按接口的連線方式分類硬線連接并行接口可編程連接并行接口,I/O控制的類型PDC、PIT、DMA、I/OCH控制方式不同,接口組成亦存在很大差別。,6.2.4輸入輸出(I/O)接口,3.影響I/O接口結(jié)構(gòu)組成的因素,數(shù)據(jù)的傳送方式是串行傳送還是并行傳送,是用數(shù)據(jù)緩沖存儲器還是數(shù)據(jù)緩沖寄存器,這些均將導致控制邏輯的不同。,通信控制方式同步通信:發(fā)送端與接收端有統(tǒng)一的時鐘,可同步工作。異步通信:發(fā)送端與接收端無統(tǒng)一的時鐘,采用應(yīng)答控制方式工作。,傳送信息的種類通過接口傳送信息的種類將因外設(shè)的不同而異。有的多,有的少,必將影響接口的組成。,3.影響

11、I/O接口結(jié)構(gòu)組成的因素,設(shè)備地址:外部設(shè)備編號,選擇設(shè)備用(各外設(shè)均有)。設(shè)備內(nèi)部所需地址:磁盤的柱面、盤面、扇區(qū);磁帶組組號。(不是所有設(shè)備都有）,要讀或要寫的數(shù)據(jù):(各外設(shè)均有)。,設(shè)備狀態(tài)信息:忙/閑、良/故、檢驗錯、尋道錯。(不同設(shè)備有多有少),控制設(shè)備的信息:讀、寫、走紙、走帶、找道。(不同設(shè)備有多有少),6.2.5輸入輸出(I/O)指令,何謂I/O指令:CPU控制、使用PD的指令。,操作碼：指出執(zhí)行什么操作,通常操作為查詢通道和外設(shè)狀態(tài)或啟動和停止通道。,首控制字地址:通道程序(CHP)第1條CCW的首地址,啟動通道的I/O指令使用,1.獨立編址的I/O指令。即在CPU的指令系統(tǒng)

12、中,專設(shè)一類I/O指令。該類指令僅供外設(shè)使用,分為兩種。,通道I/O指令(P326),Reg:查詢時存放通道和外設(shè)的狀態(tài)信息,非通道I/O指令,1.獨立編址的I/O指令。,操作碼:不同的計算機此字段的意義不同。有的指出執(zhí)行什么操作,如讀寫、查詢外設(shè)狀態(tài)、走紙等;有的只是用來區(qū)別是I/O指令還是其它類型指令。,Reg:指出與操作有關(guān)的CPU寄存器。如操作為查詢外設(shè)狀態(tài),則Reg存放外設(shè)的狀態(tài)信息;如操作為讀數(shù)據(jù)到CPU,則該Reg存放從外設(shè)讀入的數(shù)據(jù)。,控制命令碼:指出對設(shè)備如何控制,如啟停、落筆、繪圖、掃描、走紙等。若操作碼只用來區(qū)別是I/O指令還是其它類型指令,則外設(shè)的所有操作均由該字段指出

13、。,2.統(tǒng)一編址的I/O指令,用訪存指令代替I/O指令。此時訪問的不是主存中的存儲單元,而是外設(shè)接口或其設(shè)備控制器中的寄存器,每個寄存器相當于1個存儲單元,這些單元在主存中是不存在的,是虛設(shè)的,但占用主存地址,與主存地址統(tǒng)一編址。通常1個設(shè)備至少要分配3個存儲單元,即,數(shù)據(jù)存儲單元:即接口或設(shè)備控制器(DC)中的數(shù)據(jù)寄存器?？勺x出,可寫入。狀態(tài)存儲單元:即接口或DC中的狀態(tài)寄存器。只讀?？刂拼鎯卧?即接口或DC中的控制寄存器。只寫。,是一種無需判斷I/O設(shè)備良/故、忙/閑與否即可操作的方式。軟硬件均很簡單。,6.3程序直接控制傳送,6.3.1無條件傳送方式,軟件只需一條I/O指令,硬件僅需一

14、個或幾個數(shù)據(jù)緩沖寄存器。,適用于定時采樣或?qū)刂泣c的定時控制。如對時鐘設(shè)備的計數(shù)。,程序直接控制傳送的特點是I/O操作完全處于CPU指令的控制之下,I/O操作都是在CPU寄存器與外設(shè)接口中寄存器之間進行,I/O設(shè)備不能直接訪問內(nèi)存。分為兩種方式:,6.3.2程序查詢傳送方式1.程序查詢傳送接口,見P328圖6.5。,6.3.2程序查詢傳送方式2.程序查詢傳送的程序流程圖(P329),6.4.1中斷的有關(guān)問題,1.何謂中斷:CPU暫時中止現(xiàn)行程序,轉(zhuǎn)去執(zhí)行“處理隨機發(fā)生的緊急事件或特殊請求”的程序,處理完后自動返回被中止的程序繼續(xù)運行的功能。,2.何謂中斷系統(tǒng)(InterruptSystem):

15、計算機實現(xiàn)中斷功能的軟硬件總稱,3個名詞術(shù)語：,3.中斷源(InterruptSource):引起處理機中斷的事件,稱之為中斷源。,1.中斷的作用(P331),6.4.1中斷的有關(guān)問題,實現(xiàn)主機與外設(shè),外設(shè)與外設(shè)的并行工作,實現(xiàn)故障的處理:如掉電、除數(shù)為“0”,非法操作碼、打印機無紙等。,實現(xiàn)多道程序和分時操作。,實現(xiàn)實時控制:受控對象靠中斷把有關(guān)參數(shù)(爐溫、濕度、速度等)和反饋信號送主機。,實現(xiàn)人機聯(lián)系與通信,自愿中斷:在程序中預(yù)先安排的由廣義(亦稱自愿進管)指令引起的中斷。這種中斷是預(yù)知的,是可重現(xiàn)的中斷。,2.中斷的類型（P332P333）,自愿中斷和強迫中斷,何謂廣義指令:由特殊的轉(zhuǎn)移

16、指令和若干參數(shù)組成。如:自愿進管指令,了解外設(shè)、使用外設(shè)指令。它為操作系統(tǒng)編寫通道程序提供必要信息。,強迫中斷:不是在程序中預(yù)先安排的,而是隨機產(chǎn)生的中斷。這種中斷是不可預(yù)知的。,6.4.1中斷的有關(guān)問題,2.中斷的類型（P332P333）,內(nèi)中斷:由主機內(nèi)部軟件和硬件原因引起的中斷硬件故障中斷:電源掉電、各種校驗錯等。陷阱(Trap):又稱程序性中斷。由于程序本身運行的原因引起的中斷。如:非法操作碼、階碼溢出、除數(shù)為“0”、棧溢出、缺頁、地址越界、調(diào)度中斷等,一般一定會重復。,內(nèi)中斷和外中斷,外中斷:主機以外的部件引起的中斷。如:I/O傳輸中斷、I/O故障中斷、時鐘中斷等,注意:操作系統(tǒng)中的

17、異常,包括自愿中斷和陷阱,單重中斷系統(tǒng):執(zhí)行中斷服務(wù)程序時,不能再響應(yīng)其它中斷的系統(tǒng)稱單重中斷系統(tǒng)。多重中斷系統(tǒng):執(zhí)行中斷服務(wù)程序時,還可響應(yīng)更高優(yōu)先級中斷的系統(tǒng)稱多重中斷系統(tǒng),2.中斷的類型（P332P333）,.單重中斷系統(tǒng)和多重中斷系統(tǒng),可屏蔽中斷和不可屏蔽中斷。,不可屏蔽中斷:必須處理的、不能回避的中斷。如:掉電中斷,可屏蔽中斷:可不響應(yīng)或暫不響應(yīng),或有條件的響應(yīng)的中斷。,3.中斷系統(tǒng)應(yīng)解決的問題,6.4.1中斷的有關(guān)問題,接收并保存中斷請求(硬件完成),進行中斷判優(yōu)(軟、硬件均可),實施中斷響應(yīng)(硬件完成),實現(xiàn)中斷處理(軟件完成),返回被暫停(中止)的程序(軟件完成IRET)。,4

18、.中斷的全過程(五個階段),中斷請求,中斷判優(yōu),中斷響應(yīng),中斷處理,中斷返回,軟件判優(yōu)時兩步合為一步,軟件實現(xiàn),6.4.1中斷的有關(guān)問題,注意:自愿中斷是在程序中預(yù)先安排的,其過程只有中斷響應(yīng)、中斷處理和中斷返回三個階段,6.4.2中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成,1.接收并保存中斷請求的寄存器(3個）,中斷寄存器每個中斷源需設(shè)1位中斷觸發(fā)器,所有中斷源的中斷觸發(fā)器組成中斷寄存器。,功能:寄存隨機產(chǎn)生的中斷,觸發(fā)器為“1”表示有中斷,“0”表示無中斷。稱中斷寄存器的內(nèi)容為中斷編碼或中斷字。,不可屏蔽中斷由中斷寄存器發(fā)出中斷請求。,中斷屏蔽寄存器每個可屏蔽中斷源又設(shè)1個中斷屏蔽觸發(fā)器,所有可屏蔽中斷源的中斷屏

19、蔽觸發(fā)器組成中斷屏蔽寄存器。,1.接收并保存中斷請求的寄存器,功能:控制相應(yīng)中斷觸發(fā)器是否發(fā)出中斷請求。“1”表示封鎖相應(yīng)位的中斷請求,“0”表示允許相應(yīng)位發(fā)出中斷請求。稱其內(nèi)容為中斷屏蔽碼。,功能:可屏蔽中斷由中斷請求寄存器發(fā)出中斷請求。觸發(fā)器為“1”表示已發(fā)出中斷請求,為“0”表示未發(fā)出中斷請求。只有屏蔽觸發(fā)器為“0”時，中斷請求寄存器才可能為“1”。,中斷請求寄存器每個可屏蔽中斷源還設(shè)1個中斷請求觸發(fā)器,所有可屏蔽中斷源的中斷請求觸發(fā)器組成中斷請求寄存器。,中斷排隊:按中斷的性質(zhì)和請求處理的輕重緩急,給中斷源排出中斷響應(yīng)的先后次序。,2.完成中斷判優(yōu)的部件或軟件,幾個名詞和術(shù)語,中斷優(yōu)先

20、權(quán)INTP(INTerruptPriority):中斷響應(yīng)的先后次序,中斷判優(yōu):通過中斷排隊,從中選出需優(yōu)先處理的中斷源。,注意:中斷優(yōu)先權(quán)在中斷系統(tǒng)設(shè)計時,就已考慮好,一般在程序運行中不變。但系統(tǒng)程序員可通過改變屏蔽碼,確定或變更個別中斷的優(yōu)先權(quán)。,當中斷源很多時,通常按中斷性質(zhì)和請求處理的輕重緩急分級,每級包含若干中斷源。P335圖6.7示出某計算機分3級,每級八個中斷源。處于同一級的中斷,其優(yōu)先權(quán)為左高右低。不同級的中斷源由系統(tǒng)決定級別的高低。,中斷源分級:,硬件判優(yōu)線路,最左判優(yōu)電路(P336圖6.8),鏈型排隊電路(P336圖6.9),中斷判優(yōu)線路,軟件判優(yōu)(P337圖6.10):軟

21、件判優(yōu)是通過執(zhí)行中斷查詢程序?qū)ふ覂?yōu)先中斷源,而后轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序,中斷判優(yōu)線路,CPU允許響應(yīng)中斷,通過設(shè)一個中斷允許觸發(fā)器INT實現(xiàn)。若INT為1,允許響應(yīng)中斷。若INT為0,不允許響應(yīng)中斷。為此,有的計算機專設(shè)兩條指令,開中斷指令,置“1”INT；關(guān)中斷指令,清“0”INT。80 x86指令為STI和CLI。,3.中斷響應(yīng),(1)中斷響應(yīng)的條件：,CPU的一條指令執(zhí)行完畢(有例外,如串操作指令),無更緊迫的任務(wù)或事件。如無DMA傳送、掉電中斷。,有中斷請求。,具有3級,每級8個中斷源的集中式中斷請求產(chǎn)生示意圖見P338圖6.11,3.中斷響應(yīng),3.中斷響應(yīng),(2)中斷響應(yīng)完成的任務(wù)暫

22、?，F(xiàn)行程序;進入中斷服務(wù)(處理)程序。,注意:中斷響應(yīng)的任務(wù),通常由中斷隱指令實現(xiàn)。,中斷隱指令:響應(yīng)中斷時才由硬件產(chǎn)生以便完成中斷響應(yīng)的各項工作,因它象一條指令,但CPU指令系統(tǒng)中又無此指令,故稱中斷隱指令。,為實現(xiàn)中斷隱指令,有的CPU控制器特設(shè)一個中斷(PI)周期。只要CPU響應(yīng)了中斷,執(zhí)行周期結(jié)束時,不是進入取指周期,而是進入中斷周期,中斷周期執(zhí)行完后,才進入取指周期。,3.中斷響應(yīng),(3)暫?，F(xiàn)行程序時需要做的工作,關(guān)中斷:進入不可再次響應(yīng)中斷的狀態(tài),以便保證保存中斷現(xiàn)場的正確性。,保存斷點:保存中斷返回后,被暫停程序要執(zhí)行的第一條指令的地址。,保存硬件的其它現(xiàn)場:如程序狀態(tài)字中的F

23、lag、中斷碼、條件碼等。,撤消本次的中斷請求,防止一次請求多次響應(yīng)。上述四項工作必須是由中斷隱指令完成。,3.中斷響應(yīng),硬件法:亦稱向量中斷法。由中斷隱指令完成經(jīng)典的向量中斷法:響應(yīng)中斷時,由硬件自動產(chǎn)生相應(yīng)中斷源的向量地址。據(jù)此訪問中斷向量表,從中取出中斷服務(wù)程序的入口地址(或包括狀態(tài)字),轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序。,(4)進入中斷服務(wù)程序的方法,向量地址:訪問中斷向量表所需地址,中斷向量表:所有中斷服務(wù)程序入口地址(或包括狀態(tài)字)組成的一維表格。,中斷向量:所有中斷服務(wù)程序入口地址(或包括狀態(tài)字)的有序集合。,80 x86向量地址形成部件和中斷向量表,3.中斷響應(yīng),硬件法:向量中斷的其它實現(xiàn)方法

24、：中斷響應(yīng)時,硬件產(chǎn)生的是相對于中斷向量表始地址的偏移量。向量表始地已存入向量表基址寄存器,向量地址為該寄存器內(nèi)容與偏移量之和,具有多根中斷請求線的計算機,可通過對請求線編碼產(chǎn)生各中斷源的向量地址,見P339圖6.13,該向量地址就是相應(yīng)中斷服務(wù)程序的入口地址。,中斷響應(yīng)時,硬件產(chǎn)生的是向量地址的低位,向量地址的高位存放在中斷向量寄存器中,二者拼接形成向量地址。,上述兩種方法使中斷向量表可存放在主存的任何位置,中斷響應(yīng)時,硬件直接產(chǎn)生與中斷源對應(yīng)的向量地址,但該地址中存儲的不是中斷服務(wù)程序的入口地址,而是一條無條件轉(zhuǎn)移到中斷服務(wù)程序的指令,如P339圖6.14,3.中斷響應(yīng),3.中斷響應(yīng),軟件

25、法:中斷響應(yīng)后,轉(zhuǎn)到一個處理中斷的總?cè)肟?通過執(zhí)行判優(yōu)先中斷源的程序,找到優(yōu)先中斷源。然后轉(zhuǎn)入相應(yīng)中斷服務(wù)程序。即判優(yōu)和中斷響應(yīng)合并為一步。見337圖6.10,(4)進入中斷服務(wù)程序的方法,保存現(xiàn)場:保存CPU寄存器、中斷屏蔽寄存器內(nèi)容,4.中斷服務(wù)程序的組成(P340),中斷隱指令完成:保存斷點、關(guān)中斷、保存Flag、撤消本次中斷請求,然后進入中斷服務(wù)程序。,送新的屏蔽碼:屏蔽比本級低級中斷。,開中斷:允許響應(yīng)比本級更高級中斷。,實施中斷服務(wù):實現(xiàn)對緊急事件處理。,關(guān)中斷:不允許任何中斷。,恢復現(xiàn)場:恢復CPU寄存器、中斷屏蔽寄存器內(nèi)容,開中斷:允許其它中斷。,返回被暫停的程序。,5.中斷屏

26、蔽與多重中斷的實現(xiàn),實現(xiàn)方法:在接口硬件中設(shè)置屏蔽觸發(fā)器及其相關(guān)電路。軟件上依中斷源的優(yōu)先級為每個中斷源預(yù)先設(shè)1個中斷屏蔽碼。屏蔽碼與中斷源的優(yōu)先級別是一一對應(yīng)的,表6.1是對應(yīng)8個中斷源且具有8個優(yōu)先級的屏蔽碼。1級中斷源的屏蔽碼為8個1,2級中斷源的屏蔽碼從左數(shù)第2位開始共7個1,依此類推。,表6.1中斷優(yōu)先級和中斷屏蔽碼P341,進入中斷服務(wù)程序保護現(xiàn)場之后,送新的屏蔽碼即通過中斷屏蔽實現(xiàn)了多重中斷。見P342圖6.16是一個三級中斷的例子,多重中斷的實現(xiàn)示意(P342圖6.16),5.中斷屏蔽與多重中斷的實現(xiàn),1級中斷的屏蔽碼111111112級中斷的屏蔽碼011111113級中斷的屏

27、蔽碼00111111,6.4.3程序中斷控制傳送及其接口,程序中斷控制傳送的基本思想與特點,基本思想:僅在PD準備好單位數(shù)據(jù)時,才向CPU發(fā)中斷請求,CPU響應(yīng)中斷請求,轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序進行數(shù)據(jù)傳送。PD準備單位數(shù)據(jù)時,CPU和PD是并行工作的。,特點:以CPU為中心,通過中斷服務(wù)程序完成數(shù)據(jù)傳送。主機、外設(shè);外設(shè)、外設(shè)有一定的并行度,何謂準備好單位數(shù)據(jù):要輸入的單位數(shù)據(jù)已送接口的DBR;要輸出的單位數(shù)據(jù)已從DBR中取走,單位數(shù)據(jù):中斷服務(wù)程序執(zhí)行一次所傳輸?shù)臄?shù)據(jù),程序中斷控制傳送示意圖(P344圖6.17),1.程序中斷傳送接口框圖(見P343,圖6.18),6.4.3程序中斷控制傳送及其接口

28、,設(shè)備選擇器:接收CPU發(fā)出的設(shè)備地址,譯碼產(chǎn)生選中信號,選擇和控制相應(yīng)外設(shè)及接口實現(xiàn)I/O操作。,數(shù)據(jù)緩沖器:寄存輸入或輸出的信息。為寄存器或小容量存儲器。,1.程序中斷傳送接口框圖(見P343,圖6.18),中斷控制邏輯:中斷請求的產(chǎn)生邏輯、中斷屏蔽和選優(yōu)判優(yōu)邏輯、中斷類型(設(shè)備)碼回送邏輯等,狀態(tài)與控制命令寄存器:寄存CPU發(fā)出的命令和外設(shè)及接口的狀態(tài),如:BUSY、DONE、MASK和INTR等狀態(tài)與控制觸發(fā)器,6.4.3程序中斷控制傳送及其接口,2.程序中斷傳送(PIT)的過程,-初始化CPU設(shè)置傳送的主存始地和傳輸長度,查詢PD良/故和忙/閑,若閑且良好,由程序?qū)涌诔跏蓟Ｈ魹檩?/p>

29、出,還應(yīng)將首次輸出的單位數(shù)據(jù)送數(shù)據(jù)緩沖器(DBR)。,0.啟動外設(shè)工作通過I/O指令啟動PD,外設(shè)開始單位數(shù)據(jù)輸出或準備要輸入的單位數(shù)據(jù)。注意此期間CPU與外設(shè)并行的工作,中斷請求當外設(shè)1個單位數(shù)據(jù)準備好或已完成1個單位數(shù)據(jù)的輸出,置忙閑標志BUSY為“0”,完成標志DONE為“1”,在不屏蔽即MASK為“0”情況下,形成中斷請求信號。,中斷判優(yōu)經(jīng)過中斷排隊器,取得優(yōu)先中斷源,并在接口(設(shè)備碼回送網(wǎng)絡(luò))形成中斷類型碼。,2.程序中斷傳送(PIT)的過程,中斷響應(yīng)中斷響應(yīng)條件滿足,CPU發(fā)中斷響應(yīng)(識別)信號INTA,從接口取走中斷類型碼(由中斷類型碼再形成向量地址),從而得到中斷服務(wù)程序入口地

30、址。,中斷處理和中斷返回執(zhí)行中斷服務(wù)程序。而后返回被暫停的程序。,注意:每執(zhí)行1次中斷服務(wù)程序,僅交換1個單位數(shù)據(jù)。要交換多少個單位數(shù)據(jù),就需執(zhí)行多少次中斷服務(wù)程序,除最后1次不啟動外設(shè)外,其它次均須啟動外設(shè)。,3.X-Y記錄儀程序中斷傳送接口組成P345,設(shè)備選擇器SEL:亦稱設(shè)備地址譯器,當CPU向所有接口發(fā)出X-Y記錄儀的地址時,僅有該接口被選中,SEL為高電平,控制該接口的其它邏輯部件使之受控于CPU,以完成X-Y儀與主機的信息交換工作。,3.X-Y記錄儀程序中斷傳送接口組成P345,工作狀態(tài)與控制觸發(fā)器(圖6.18命令和狀態(tài)寄存器的一部分)Busy:忙閑狀態(tài)觸發(fā)器,簡稱B。Done:

31、準備好觸發(fā)器,簡稱D。INTR:中斷請求觸發(fā)器。MASK:中斷屏蔽觸發(fā)器,BD.MASKINTR00停機00允許中斷,無中斷請求01準備好等待主機傳輸10屏蔽中斷,無中斷請求10正在準備數(shù)據(jù)01允許中斷,有中斷請求11無意義(不應(yīng)出現(xiàn))11不可能存在,工作狀態(tài)與控制觸發(fā)器,啟動PD。,外設(shè)1次傳輸完成。,繼續(xù)傳輸。,故障停機。,一批數(shù)據(jù)傳輸完成停機,中斷排隊邏輯:鏈型排隊電路的1環(huán)(P336圖6.9),3.X-Y記錄儀程序中斷傳送接口組成,設(shè)備地址回送網(wǎng)絡(luò):亦稱設(shè)備編碼器?；厮驼埱髠鬏斍遗派详牭腜D的設(shè)備碼即中斷類型碼,由其決定向量地址,以便進入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。,數(shù)據(jù)緩沖器X和Y和設(shè)備的其

32、它狀態(tài)或控制觸發(fā)器,3.X-Y記錄儀程序中斷傳送接口組成,第部分構(gòu)成PIT的接口標準部分。第部分構(gòu)成PIT接口的非標準部分,其將因設(shè)備不同而異,通常和設(shè)備控制器DC制作在一起。,4.X-Y記錄儀程序中斷傳送過程,-初始化:CPU設(shè)置存曲線坐標信息的主存始地及長度。查詢X-Y記錄儀是否良好和閑置,若閑良,則對接口初始化,并先向X-Y記錄儀的數(shù)據(jù)緩沖器發(fā)送1組數(shù)據(jù)X和Y。,以畫一曲線為例說明,0.啟動X-Y記錄儀工作:CPU經(jīng)總線向所有外設(shè)接口發(fā)送X-Y儀設(shè)備地址碼,只有X-Y記錄儀程序中斷接口產(chǎn)生的選中信號SEL有效。該接口中的BUSY被置“1”、DONE被清“0”,X-Y記錄儀工作,從X、Y兩

33、個數(shù)據(jù)緩沖器取走數(shù)據(jù)并開始繪圖。,中斷請求:X-Y記錄儀取走數(shù)據(jù)時,將DONE置“1”、BUSY清“0”,表示本次輸出完成。發(fā)出中斷,要求CPU提供下1組數(shù)據(jù)X和Y。CPU在每條指令執(zhí)行之初均發(fā)出中斷查詢信號RQENB,如MASK為“0”,則將中斷請求觸發(fā)器INTR被置“1”,向CPU發(fā)出中斷請求。,中斷判優(yōu):若開中斷且X-Y中斷接口處于優(yōu)先,CPU發(fā)中斷響應(yīng)信號INTA,準備回送X-Y記錄儀的設(shè)備地址碼。,4.X-Y記錄儀程序中斷傳送過程,中斷響應(yīng):執(zhí)行中斷隱指令,暫?，F(xiàn)行程序,回送X-Y記錄儀的設(shè)備地址碼,依設(shè)備地址碼形成向量地址,轉(zhuǎn)入為X-Y記錄儀服務(wù)的中斷服務(wù)程序。,中斷服務(wù)和中斷返回

34、:執(zhí)行中斷服務(wù)程序,CPU再向接口發(fā)送1組數(shù)據(jù)X和Y,再啟動X-Y記錄儀工作,并自動返回暫停程序繼續(xù)執(zhí)行。X-Y記錄儀再次從X、Y兩個數(shù)據(jù)緩沖器取走數(shù)據(jù),又一次發(fā)出中斷,如此多次中斷,直至整個曲線畫完為止。,PIT每傳送1個單位數(shù)據(jù),都暫?，F(xiàn)行程序,執(zhí)行中斷服務(wù)程序1次。對于慢速外設(shè),單位數(shù)據(jù)間的時間間隔較長,CPU除執(zhí)行中斷服務(wù)程序之外,仍有時間執(zhí)行被暫停的程序。對高速成組傳送的外設(shè),單位數(shù)據(jù)間的時間間隔很短,就會出現(xiàn)兩種可能,5.程序中斷傳送的缺點：,CPU能響應(yīng)外設(shè)的中斷,進行數(shù)據(jù)傳送,但只能忙于數(shù)據(jù)傳送,很少有時間再執(zhí)行被暫停的程序;,CPU響應(yīng)不了頻繁的外設(shè)中斷,導致信息丟失,加之P

35、IT傳輸效率低,為此不得不尋求新的數(shù)據(jù)傳送方式。,6.5內(nèi)存直接存取(DMA),6.5.1DMA概述1.PI傳送、DMA傳送示意,2.DMA的應(yīng)用場合用于高速成組數(shù)據(jù)傳送的外設(shè),并按照連續(xù)地址直接訪問主存。,以MEM為中心,完全用硬件開辟內(nèi)存MEM、外設(shè)PD間直接數(shù)據(jù)傳輸通路,用硬件換得速度和并行度,6.5.1DMA概述,CPU、PD間通路只用來為DMA接口指定傳輸參數(shù)和查詢、啟停PD使用。傳輸參數(shù)包括:內(nèi)存始地、傳輸長度;外設(shè)內(nèi)部地址,如磁盤的柱面、盤面、扇區(qū)、磁帶的組號等;外設(shè)工作方式,如讀、寫、尋道、走帶等,一批數(shù)據(jù)傳輸完成或傳輸中出現(xiàn)問題,發(fā)中斷,通過PI處理,決定下一步如何處理。,3

36、.DMA的特點,處理方法:PD要傳送、發(fā)請求信號給CPU,CPU暫停訪存(即讓出總線控制權(quán)),一批數(shù)據(jù)傳輸完畢后,CPU再繼續(xù)訪存。,4.DMA工作方式,使用場合:PD的訪存周期(即單位數(shù)據(jù)的準備時間)接近于主存存儲周期(不大于3倍),單位數(shù)據(jù)準備時間的間隔很小,CPU很難再利用。如A/D,快速激打,圖形圖像CRT,優(yōu)缺點:控制簡單;存儲器效率和CPU效率均未得到發(fā)揮,因為最高速外設(shè)單位數(shù)據(jù)的準備時間再小也大于TM。,全串行:停CPU,完全讓給DMA訪存。,4.DMA工作方式,處理方法:PD要傳送,CPU暫停一個存儲周期讓給DMA。PD交換一個單位數(shù)據(jù)后,CPU繼續(xù)工作。,使用場合:PD訪存周

37、期主存存儲周期,單位數(shù)據(jù)準備時間的間隔大,單位數(shù)據(jù)準備時間至少四倍于存儲周期。,優(yōu)缺點:這種方式CPU與PD訪存時有可能沖突,也可能不沖突,故存儲器和CPU效率均較高;控制較復雜。注意：DMA大多采用這種方式。,周期挪用亦稱周期竊取,簡單中斷。,處理方法:CPU、DMA各有自己的MAR、MBR,兩者交替訪存。,使用場合:CPU工作周期(機器周期)至少是存儲周期的兩倍。指令周期:完成一種指令所需時間,通常包括多個CPU工作周期。如:取指周期、間址周期、執(zhí)行周期等。,優(yōu)缺點:DMA對CPU無影響,CPU感覺不到DMA的存在,主機不停止程序運行,效率高；主存的效率降低,且要求主存速度高。,交替訪存方

38、式(透明DMA),4.DMA工作方式,透明DMA圖示：,DMA訪存,CPU訪存,以周期挪用DMA接口為例說明,由接口寄存器、中斷傳送標準接口和DMA控制邏輯(線路)三部分組成,6.5.2DMA接口的基本組成,P353圖6.22,DAR(設(shè)備內(nèi)部地址寄存器):寄存設(shè)備內(nèi)部地址,1.接口寄存器,DBR(數(shù)據(jù)緩沖寄存器):寄存要交換的信息,ABR(地址緩沖寄存器):寄存主存始地址,WC(字計數(shù)器):寄存要交換信息的長度,DSR(狀態(tài)寄存器):寄存設(shè)備及接口狀態(tài),DCR(設(shè)備控制寄存器):寄存CPU控制命令,功能:查詢、啟停DMA的PD、送傳輸參數(shù),結(jié)束或傳送出錯時,產(chǎn)生中斷,以便由相應(yīng)中斷服務(wù)程序處

39、理。,2.中斷傳送標準接口,組成:設(shè)備選擇、PI控制邏輯和B、D、MASK和INTR等PI傳送時已介紹,不重述。,組成:單位數(shù)據(jù)準備就緒、DMA請求和DMA響應(yīng)3個觸發(fā)器;DMA優(yōu)先排隊電路;向CPU發(fā)請求使用總線和接收允許使用總線以及回送命令碼等線路,3.DMA控制邏輯,功能:控制并實現(xiàn)DMA傳送(CPU為DMA建立DMA周期完成數(shù)據(jù)傳送),用I/O指令判DMA設(shè)備忙閑、良故,若閑良,則向DMA接口傳送下述參數(shù)：ABR內(nèi)存始地、WC傳輸長度DCR控制命令、工作方式設(shè)備控制器外設(shè)內(nèi)部地址輸出時,還應(yīng)將DBRMBR,1.周期挪用DMA的工作過程,6.5.3DMA的工作過程,傳送初始化(CPU程序

40、實現(xiàn)),用I/O指令啟動外設(shè),CPU繼續(xù)執(zhí)行現(xiàn)行程序,從輸入介質(zhì)讀入1個單位數(shù)據(jù)送DBR,表示準備就緒,數(shù)據(jù)傳送(以輸入設(shè)備為例說明P354),外設(shè)向DMA接口發(fā)請求DREQ,DMA接口向CPU申請總線控制權(quán)HRQ；,CPU發(fā)回響應(yīng)信號HLDA,DMA接口取得總線控制權(quán),并向設(shè)備發(fā)信號DACK,通知設(shè)備可挪用1個存儲周期傳送DBR中的數(shù)據(jù),1.周期挪用DMA的工作過程,6.5.3DMA的工作過程,MARABR、MBRDBR、發(fā)出寫存儲器命令。,數(shù)據(jù)傳送(以輸入設(shè)備為例說明P354),將數(shù)據(jù)寫入主存同時,修改長度:WCWC+1、修改地址:ABRABR+1,判WC溢出并檢查傳輸有否錯誤。有錯誤,向

41、CPU發(fā)錯誤中斷請求;無錯且WC無溢出,繼續(xù)傳輸;否則向CPU發(fā)結(jié)束中斷請求。,WC溢出或傳輸中有錯,PI標準接口中B、D被置為為01,向CPU發(fā)中斷請求。CPU響應(yīng)中斷,運行中斷處理程序。,DMA結(jié)束處理,6.5.3DMA的工作過程,中斷處理程序先讀取DSR,判斷是結(jié)束還是錯誤中斷。若為錯誤結(jié)束,轉(zhuǎn)錯誤處理程序;若為正確結(jié)束,則確定本批數(shù)據(jù)傳送完否,未完,繼續(xù)對DMA初始化,繼續(xù)傳送,否則停PD。,PIT主要靠軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送,DMA主要靠硬件實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。,2.PIT與周期挪用DMA傳送的區(qū)別(P356),DMA請求的響應(yīng),CPU只暫停1個訪存周期,實現(xiàn)單位數(shù)據(jù)的傳送。PIT則通過執(zhí)行中斷

42、服務(wù)程序,實現(xiàn)單位數(shù)據(jù)的傳送。DMA速度快。,PIT只適用于慢速外設(shè),DMA適用于高速成組傳送的外設(shè)。,PIT的響應(yīng)必須在一條指令執(zhí)行之末,而DMA原則上可在CPU不訪存的任何時刻。,PI的功能強,可處理各種復雜突發(fā)事件,而DMA只限于數(shù)據(jù)傳送,1.廣義型DMA傳送接口(P357),6.5.4DMA傳送接口類型,現(xiàn)代計算機采用大規(guī)模集成電路技術(shù),為設(shè)計標準化、模塊化和與具體外設(shè)盡量無關(guān),通常把經(jīng)典DMA接口分為DMA控制器和DMA接口兩個部件稱這樣的DMA接口為廣義型DMA傳送接口。,2.選擇型DMA傳送接口(P357),該類接口與廣義型DMA接口組成上主要不同是在物理上可連接多臺高速外設(shè)。而

43、在邏輯上實際僅連接1臺外設(shè)。即在某一時間段內(nèi),接口只能為1臺外設(shè)服務(wù)。,該類接口在物理和邏輯上均可連接多臺外設(shè),各外設(shè)采用字節(jié)或字交叉方式同時進行數(shù)據(jù)傳送。這種類型接口由1個DMA控制器和多個DMA接口組成,有多少個DMA接口,就可連接多少臺外設(shè)。,3.多路型DMA傳送接口(P359),6.5.5DMA傳送舉例,該子系統(tǒng)由選擇型DMA傳送接口(P358)、硬磁盤控制器和硬盤驅(qū)動器及盤組三大部分組成。,1.硬磁盤DMA傳送子系統(tǒng)的組成(P360),位,2.磁盤DMA傳送的工作過程,讀取接口寄存器DSR中的磁盤及接口的狀態(tài)信息,確定磁盤是否閑置良好。若空閑良好,則進行下一步,否則CPU執(zhí)行其它程序

44、；,初始化階段,送臺號、柱面號、盤面號和起始扇區(qū)號到接口中的DAR,供選擇磁盤和磁盤定位使用；,若為寫盤,應(yīng)將第1個要寫入的單位數(shù)據(jù)(32位字)送接口中的DBR；,分別送讀寫等命令信息、主存始地址和傳輸?shù)淖謹?shù)到接口中的DCR、ABR和WC；,啟動磁盤,CPU繼續(xù)執(zhí)行其它程序。,數(shù)據(jù)傳輸階段,位,2.磁盤DMA傳送的工作過程,數(shù)據(jù)傳送完成或傳送中出錯DMA都將向CPU發(fā)中斷請求。,2.磁盤DMA傳送的工作過程,結(jié)束階段:,CPU接到DMA中斷請求并響應(yīng)后,將先讀取接口DSR中的狀態(tài)信息,以確定是錯誤中斷還是正常結(jié)束中斷。,如果是錯誤中斷,則轉(zhuǎn)相應(yīng)出錯中斷處理程序;如果是正常結(jié)束中斷,則轉(zhuǎn)正常結(jié)束

45、中斷服務(wù)程序,以決定是繼續(xù)下一批數(shù)據(jù)交換還是交換結(jié)束關(guān)閉磁盤。,DMA的缺點(P361),1.DMA傳送效率的提高是以配備專用硬件DMA接口為代價,若有多臺DMA設(shè)備,則每臺都配備DMA接口,硬件開銷大。性能價格比將大大下降；,3.系統(tǒng)若有多臺DMA外設(shè),頻繁挪用存儲周期,CPU暫停次數(shù)將大大增加,訪存沖突增加,必將影響主機效率。,2.初始化需多條I/O指令,對CPU打擾仍然較多,6.6I/O通道,6.6.1I/O通道概述,1.通道計算機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),具有系統(tǒng)總線和通道總線兩類總線。,三種類型的通道:字節(jié)多路通道、選擇通道和數(shù)組多路通道。,設(shè)置存控部件:確定哪個部件使用主存。當通道與CPU同時請

46、求訪存時,通道優(yōu)先于CPU,2.CPU對通道的管理與服務(wù),6.6.1I/O通道概述,CPU通過了解查詢通道、外設(shè)狀態(tài)和啟停通道的通道I/O指令管理和控制通道,CPU通過運行操作系統(tǒng)的設(shè)備管理程序,為用戶編寫“通道程序”,以便通道運行通道程序?qū)崿F(xiàn)傳送。,CPU通過處理通道可能發(fā)出的數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束中斷或故障中斷管理通道。CPU響應(yīng)中斷后,通過查詢通道、外設(shè)狀態(tài)確定是哪一種中斷,并決定通道后續(xù)還需做什么工作。,6.6.1I/O通道概述,CH是四級I/O子系統(tǒng)的核心,代替CPU管理、調(diào)度、控制使用外設(shè)。CPU只是查詢通道、外設(shè)狀態(tài)和啟停通道。CH具體功能為,選擇、啟停外設(shè)。,取通道程序,并執(zhí)行它,實現(xiàn)數(shù)

47、據(jù)傳送,提供數(shù)據(jù)緩沖,完成信息裝配和拆卸。,對子通道(SCH)、外設(shè)的中斷請求排隊。,接收SCH、外設(shè)狀態(tài),形成CH狀態(tài)并提供給CPU查詢用。,3.CH的功能,6.6.1I/O通道概述,4.通道分類及其結(jié)構(gòu)組成,何謂字節(jié)多路通道:連接控制多臺慢速外設(shè),以字節(jié)交叉方式傳送數(shù)據(jù)的通道,字節(jié)多路通道,P364,結(jié)構(gòu)組成：,包含多個子通道(SCH),每個SCH連接1個控制器和1臺外設(shè)或多臺外設(shè),通道控制共享;數(shù)據(jù)緩沖公用,用來拆裝數(shù)據(jù)。,字符緩沖器、狀態(tài)控制寄存器、內(nèi)存地址計數(shù)器、字節(jié)計數(shù)器分設(shè),P364,字節(jié)多路通道,選擇通道P365,4.通道分類及其結(jié)構(gòu)組成,結(jié)構(gòu)組成:讀寫數(shù)據(jù)所需的主存地址計數(shù)器

48、,交換長度的字計數(shù)器,設(shè)備內(nèi)部地址寄存器、數(shù)據(jù)緩沖寄存器和數(shù)據(jù)格式變換線路等。,何謂選擇通道:連接控制1臺或多臺同種高速外設(shè),以成組方式順序傳送數(shù)據(jù)的通道。,4.通道分類及其結(jié)構(gòu)組成,數(shù)組多路通道,何謂數(shù)組多路通道:連接控制多臺高速外設(shè),以成組方式交叉?zhèn)魉蛿?shù)據(jù)的通道。,控制復雜,隨著高速外設(shè)尋找設(shè)備內(nèi)部地址的速度加快,有的已達5ms以下,此段時間的利用價值不很高,故目前很少采用。,高速成組傳送的外設(shè)尋找設(shè)備內(nèi)部地址需較長時間,為利用這部分時間,使一臺設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳送與其他設(shè)備的機電尋址操作重疊。實質(zhì)上它是字節(jié)多路通道和選擇通道兩者結(jié)合的產(chǎn)物。,5.字節(jié)多路通道和選擇通道傳送數(shù)據(jù)的特點,字節(jié)多路

49、通道傳送數(shù)據(jù)的特點,當所有設(shè)備同時工作時,每個設(shè)備僅交換一個字節(jié)的信息后就轉(zhuǎn)交給其它設(shè)備交換信息。在某一時刻,只要不是一個設(shè)備工作,則交叉交換數(shù)據(jù),P363,選擇通道傳送數(shù)據(jù)的特點,選擇通道的傳輸特點:在一段時間內(nèi)只為1臺外設(shè)服務(wù),一旦服務(wù),則不能打斷該臺設(shè)備的傳送,直到一批傳送完畢。在不同時間段,可選擇不同外設(shè),但一定是同種外設(shè)。,P365,1.通道命令字:亦稱通道控制字CCW(ChannelCommand/ControlWord),又稱硬控制字。,6.6.2通道命令字和通道程序,何謂通道命令字:規(guī)定通道及其連接的外設(shè)執(zhí)行何種操作及如何執(zhí)行該操作的命令字。它指出通道及其外設(shè)執(zhí)行什么操作及操作

50、所需參數(shù)。又稱通道控制字。,計算機系統(tǒng)不同,CCW的格式也存在很大差別,但基本組成通常由下述六個組成部分。,通道命令字(CCW)的基本組成(P366),命令碼:指出外設(shè)執(zhí)行什么操作。讀寫、打印、找道、走帶等,主存地址:指出要讀寫數(shù)據(jù)的主存始地址傳輸長度:指出要傳輸?shù)膯挝粩?shù)據(jù)個數(shù)。,特征位:指出CCW的鏈接方法或操作特點。,數(shù)據(jù)鏈特征位：將主存不連續(xù)區(qū)域的數(shù)據(jù)連續(xù)地傳送給外設(shè),或?qū)⑼庠O(shè)不連續(xù)區(qū)域的數(shù)據(jù)傳送到主存的1個連續(xù)區(qū)域;,命令鏈特征位：可將同1臺外設(shè)操作的CCW鏈接成1個通道程序。使啟動1次外設(shè),可執(zhí)行幾種不同操作或傳送大批數(shù)據(jù)。,通道命令字(CCW)的基本組成(P366),外設(shè)內(nèi)部地址:

51、給出設(shè)備內(nèi)部地址,是可選的,因設(shè)備的不同而異。如:磁盤的柱面號、盤面(磁頭)號和扇區(qū)號;磁帶的組號或區(qū)號。下1個CCW的首地址:是CCW串時,給出下1個CCW的首地址。該字段也是可選字段,因計算機不同而異。,回憶通道I/O指令格式(P326),注意:CCW命令碼和通道I/O指令中的操作碼都指出執(zhí)行什么操作,但操作是不同的,是互斥互補的。如:通道I/O指令操作為查詢通道和外設(shè)(即讀狀態(tài)),啟停通道(外設(shè)),讀控制字;CCW命令則為讀、寫、走帶、找道等。,通道控制字CCW舉例：,151機的通道控制字,151機的通道控制字格式3個字組成,每個字32位,B1=1:表示是磁盤(帶)機,CCW由3個32位

52、字組成；B2=1:表示是CCW串,DCCW中為下1個CCW的首地址；B3B210:本CCW執(zhí)行完則停CH和PD；B4B2=10:屏蔽結(jié)束中斷(假讀時使用)；B4B2=11:屏蔽滿中斷。,151機的控制字中的特征碼的意義,通道控制字舉例：,6.6.2通道命令字和通道程序,2.通道程序CHP(ChannelProgram),3.通道狀態(tài)字CSW(ChannelStatus/StateWord),何謂通道程序:通道命令字的有序集合。CH能獨立執(zhí)行CHP,無須CPU干預(yù)。,何謂通道狀態(tài)字:反映CH、SCH和PD狀態(tài)的一組二進制的信息。,CH、SCH、PD的狀態(tài)通常有:忙/閑、良/故、正傳輸/未傳輸、傳

53、輸正確結(jié)束/傳輸錯誤結(jié)束、信息丟失與否等。,1.CH的工作過程,6.6.3通道傳送的工作過程,傳送準備工作用戶使用通道傳送的外設(shè)應(yīng)做兩項工作。通過訪存指令提供傳送時所需參數(shù)(即軟控制字)；通過自愿進管指令以系統(tǒng)調(diào)用的方式向CPU提出通道I/O請求,進入操作系統(tǒng)的設(shè)備管理程序。,操作系統(tǒng)的設(shè)備管理程序要做3項工作根據(jù)用戶提供的軟控制字編制通道程序CHP,并存到主存指定區(qū)域；在主存中安排數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；通過了解外設(shè)的I/O指令,取出CSW,依CSW的內(nèi)容判用戶所需外設(shè)是否良閑？若良閑,則執(zhí)行啟動通道和外設(shè)I/O指令,進入數(shù)據(jù)傳送階段。,CH的數(shù)據(jù)傳送,1.CH的工作過程,CH從主存指定區(qū)域取出CHP,

54、執(zhí)行CHP,進行數(shù)據(jù)傳送。,數(shù)據(jù)傳送正常結(jié)束,或傳輸中出現(xiàn)錯誤,CH向CPU發(fā)中斷請求,等待處理。,CPU響應(yīng)中斷并取出CSW,若正常結(jié)束,執(zhí)行正常結(jié)束服務(wù)程序;否則執(zhí)行錯誤處理中斷服務(wù)程序,執(zhí)行該程序時需使用讀回CCW的通道I/O指令。,6.6.3通道傳送的工作過程,CH的結(jié)束處理,6.6.3通道傳送的工作過程,2.151機通道傳送舉例用戶提供軟控制字,使用151機自愿進管指令編CHP,用戶提供的151機軟控制字,6.6.3通道傳送的工作過程,操作系統(tǒng)了解外設(shè)和啟動通道、外設(shè)工作,151機啟動通道和外設(shè)的通道I/O指令格式為：,151機通道的結(jié)束處理,6.6.3通道傳送的工作過程,傳輸中向C

55、PU發(fā)中斷,CPU響應(yīng)中斷并取出CSW,若正常結(jié)束,執(zhí)行正常結(jié)束中斷服務(wù)程序;否則執(zhí)行錯誤處理中斷服務(wù)程序,使用讀回通道CCW的通道I/O指令。以了解傳輸情況,決定如何處理.,3.PIT與CH數(shù)據(jù)傳送的區(qū)別,6.6.3通道傳送的工作過程,PIT靠中止CPU現(xiàn)行程序,轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳送;CH則通過執(zhí)行CHP實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。,PIT的中斷服務(wù)程序與CPU的現(xiàn)行程序是串行工作的;CH的CHP與CPU的現(xiàn)行程序是并行工作的。,CH是集中獨立的硬件,可連接多臺快、慢速外設(shè);PIT只適用于慢速外設(shè),且每個外設(shè)都有自己的PIT接口和中斷服務(wù)程序。,PIT以CPU為中心;CH則以MEM為中心,4.CH傳送與DMA的區(qū)別,6.6.3通道傳送的工作過程,DMA初始化由CPU完成,CH無需初始化,因CCW包含了初始化信息,取出CCW將其存放到通道寄存器就是初始化。,DMA只控制高速PD成組傳送,CH則高、低速PD均可控制。,DMA主要靠專用接口硬件實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送;CH則靠執(zhí)行CHP實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。,