計(jì)算機(jī)組成原理：8-3 輸入輸出系統(tǒng)

作業(yè)講評(píng)6補(bǔ)充題設(shè)浮點(diǎn)加法運(yùn)算一次的時(shí)間為T(mén)，求下列情況下的吞吐率TP，畫(huà)出時(shí)空?qǐng)D，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析、比較：浮點(diǎn)運(yùn)算分成4個(gè)階段：求階差、對(duì)階移位、尾數(shù)相加和規(guī)格化，每段用時(shí)均為△t；浮點(diǎn)運(yùn)算分成3個(gè)階段：對(duì)階、尾數(shù)相加和規(guī)格化，各段用時(shí)分別為2△t、△t、△t。P295：6某磁盤(pán)組有6片磁盤(pán)，每片可有兩個(gè)記錄面，存儲(chǔ)區(qū)域內(nèi)徑為22cm，外徑33cm，道密度40道/cm，位密度400b/cm，轉(zhuǎn)速2400r/min。（2）圓柱面總數(shù)＝(33-22)/2×40＝220(個(gè))（3）數(shù)據(jù)傳送率=一磁道的容量×轉(zhuǎn)速

=22×π×400×2400/60(b/s)（5）若某文件長(zhǎng)度超過(guò)一個(gè)磁道的容量，應(yīng)將它記錄在同一圓柱面上，可減少磁頭定位時(shí)間P295：7某磁盤(pán)轉(zhuǎn)速3000r/min，共有4個(gè)盤(pán)面，5道/cm,每磁道記錄信息12288B，最小磁道直徑230mm,共有275道。（1）總?cè)萘浚?×275×12288B（2）最高位密度＝每道容量/最內(nèi)圈周長(zhǎng)最低位密度＝每道容量/最外圈周長(zhǎng)最內(nèi)圈周長(zhǎng)＝230×3.14最外圈周長(zhǎng)＝(230＋275/5×2)×3.14(3)數(shù)據(jù)傳送率＝每道容量×轉(zhuǎn)速(4)平均等待時(shí)間＝轉(zhuǎn)半圈用時(shí)=1/2×(1/轉(zhuǎn)速)P295：8某磁盤(pán)組的有效盤(pán)面為20個(gè)，每個(gè)盤(pán)面上800個(gè)磁道，每個(gè)磁道上的有效記憶容量為13000B，塊間隔235B,旋轉(zhuǎn)速度3000r/min，(1)若該磁盤(pán)存儲(chǔ)器中若以1000B為一個(gè)記錄，這樣，一個(gè)磁道能存入10個(gè)記錄。若要存放12萬(wàn)個(gè)記錄，所需圓柱面數(shù)為多少？一個(gè)圓柱面可存入的記錄數(shù)＝10×20=200(個(gè))總共需要的圓柱面數(shù)=120000/200=600(個(gè))(3)數(shù)據(jù)傳送率＝每道容量×轉(zhuǎn)速

＝13000B×3000/60(/s)

＝65000(B/s)

第8章輸入輸出系統(tǒng)8.1主機(jī)與外設(shè)的連接8.2程序查詢(xún)方式及其接口8.3中斷系統(tǒng)和程序中斷方式8.4DMA方式及其接口8.5通道控制方式8.6總線(xiàn)技術(shù)中斷屏蔽中斷源發(fā)出中斷請(qǐng)求之后，這個(gè)中斷請(qǐng)求并不一定能真正送到CPU去，在有些情況下，可以用程序方式有選擇地封鎖部分中斷——中斷屏蔽給每個(gè)中斷源配備一個(gè)中斷屏蔽觸發(fā)器MASK，則每個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)在送往判優(yōu)電路之前，還要受到屏蔽觸發(fā)器的控制。當(dāng)MASK=1，中斷請(qǐng)求被屏蔽只有當(dāng)INTRi=1（有中斷請(qǐng)求），

MASKi=0（該級(jí)中斷未被屏蔽）才允許對(duì)應(yīng)的中斷請(qǐng)求送往CPU。

＆中斷屏蔽中斷屏蔽用程序方式有選擇地封鎖中斷源發(fā)出的中斷請(qǐng)求的操作屏蔽寄存器（屏蔽字或屏蔽碼）由多個(gè)屏蔽觸發(fā)器組成，其內(nèi)容由程序來(lái)設(shè)置。屏蔽字某一位的狀態(tài)將成為中斷源能否真正發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)的必要條件之一?！?”表示開(kāi)放，“1”表示屏蔽?！?

＆＆＆＆INTR中斷升級(jí)中斷屏蔽字的作用可以改變中斷優(yōu)先級(jí)，將原級(jí)別較低的中斷源變成較高的級(jí)別——中斷升級(jí)。這實(shí)際上是一種動(dòng)態(tài)改變優(yōu)先級(jí)的方法。注意：中斷處理次序和中斷響應(yīng)次序是兩個(gè)不同的概念中斷響應(yīng)次序是由硬件排隊(duì)電路決定的，無(wú)法改變。中斷處理次序是可以由屏蔽碼來(lái)改變的，故把屏蔽碼看成軟排隊(duì)器。中斷處理次序可以不同于中斷響應(yīng)次序。中斷的處理過(guò)程舉例假定某中斷系統(tǒng)有四個(gè)中斷源，其響應(yīng)優(yōu)先級(jí)為1>2>3>4，處理優(yōu)先級(jí)為1>2>3>4。中斷響應(yīng)優(yōu)先級(jí)與中斷處理優(yōu)先級(jí)一致中斷處理程序級(jí)別中斷級(jí)屏蔽位1級(jí)2級(jí)3級(jí)4級(jí)第1級(jí)1111第2級(jí)0111第3級(jí)0011第4級(jí)0001CPU的運(yùn)動(dòng)軌跡中斷服務(wù)程序現(xiàn)行程序①②①③③②②④④①中斷屏蔽字“0”:開(kāi)放“1”:屏蔽中斷的處理過(guò)程舉例假定某中斷系統(tǒng)有四個(gè)中斷源，其響應(yīng)優(yōu)先級(jí)為1>2>3>4，處理優(yōu)先級(jí)為1>4>3>2。中斷響應(yīng)優(yōu)先級(jí)與中斷處理優(yōu)先級(jí)不一致

中斷處理程序級(jí)別中斷級(jí)屏蔽位1級(jí)2級(jí)3級(jí)4級(jí)第1級(jí)1111第2級(jí)0100第3級(jí)0110第4級(jí)0111處理次序改變后CPU的運(yùn)動(dòng)軌跡中斷屏蔽字中斷服務(wù)程序現(xiàn)行程序①①③③②②④④②①“0”:開(kāi)放“1”:屏蔽8.3.5中斷全過(guò)程

中斷全過(guò)程指從中斷源發(fā)出中斷請(qǐng)求開(kāi)始，CPU響應(yīng)這個(gè)請(qǐng)求，現(xiàn)行程序被中斷，轉(zhuǎn)至中斷服務(wù)程序，直至中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢，CPU再返回原來(lái)的程序繼續(xù)執(zhí)行的整個(gè)過(guò)程。中斷全過(guò)程分為五個(gè)階段中斷請(qǐng)求、中斷判優(yōu)、中斷響應(yīng)、中斷處理、中斷返回。程序中斷控制方式舉例內(nèi)存與外設(shè)間傳送一組數(shù)據(jù)，中斷控制過(guò)程為：主程序初始化首址、長(zhǎng)度啟動(dòng)外設(shè)中斷請(qǐng)求中斷請(qǐng)求中斷服務(wù)子程序傳送數(shù)據(jù)修改參數(shù)傳完否？啟動(dòng)外設(shè)返回Y當(dāng)外設(shè)RD=“1”IM=“1”修改地址、長(zhǎng)度程序中斷方式程序中斷方式的不足若數(shù)組長(zhǎng)度為N，則需要N次中斷處理進(jìn)行N次主程序與服務(wù)程序之間的轉(zhuǎn)換

——使速度大為降低，所以此方式不可用于高速外設(shè)程序中斷方式的特點(diǎn)CPU與外設(shè)能并行工作能處理異常事件I/O操作仍然經(jīng)過(guò)CPU，在程序控制下完成I/OCPU利用率仍然不太好實(shí)時(shí)性好8.4DMA方式（直接內(nèi)存訪(fǎng)問(wèn)方式）

（DirectMemoryAccess）DMA方式的引入程序查詢(xún)方式受“踏步”現(xiàn)象的限制，效率低下，不適合高速設(shè)備和主機(jī)間的數(shù)據(jù)傳送。程序中斷方式雖然可使CPU和外設(shè)有一定的并行度，但仍不適合高速設(shè)備和主機(jī)間的數(shù)據(jù)傳送，因?yàn)椋簩?duì)I/O請(qǐng)求響應(yīng)慢。數(shù)據(jù)傳送速度慢。DMA方式直接內(nèi)存訪(fǎng)問(wèn)(DMA)在外設(shè)和主存之間開(kāi)辟一條“直接數(shù)據(jù)通道”，在不需要CPU干預(yù)也不需要軟件介入的情況下在兩者之間進(jìn)行的高速數(shù)據(jù)傳送方式。DMA控制器在DMA傳送方式中，對(duì)數(shù)據(jù)傳送過(guò)程進(jìn)行控制的硬件DMA控制器的功能當(dāng)外設(shè)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，通過(guò)DMA控制器向CPU提出DMA傳送請(qǐng)求，CPU響應(yīng)之后將讓出系統(tǒng)總線(xiàn)，由DMA控制器接管總線(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。基本的DMA控制器CPU存儲(chǔ)器I/O控制器DMA控制器外設(shè)外設(shè)CPU向DMA控制器發(fā)送開(kāi)始地址、方向；然后，發(fā)射“開(kāi)始”命令。DMA控制器向外設(shè)提供握手信號(hào)；向存儲(chǔ)器提供地址和握手信號(hào)。ROMRAMDMA最后，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸完畢后，DMA控制器把總線(xiàn)控制權(quán)交還給CPUDMA方式DMA方式必須以程序查詢(xún)方式和中斷方式為基礎(chǔ)。采用DMA方式進(jìn)行磁盤(pán)數(shù)據(jù)傳送DMA方式的特點(diǎn)它使主存與CPU的固定聯(lián)系脫鉤，主存既可被CPU訪(fǎng)問(wèn)，又可被外設(shè)訪(fǎng)問(wèn)。在數(shù)據(jù)塊傳送時(shí)，主存地址的確定、傳送數(shù)據(jù)的計(jì)數(shù)等都用硬件電路直接實(shí)現(xiàn)。CPU存儲(chǔ)器I/O控制器DMA控制器外設(shè)外設(shè)DMA方式的特點(diǎn)主存要開(kāi)辟專(zhuān)用緩沖區(qū)，及時(shí)供給和接收外設(shè)的數(shù)據(jù)。DMA傳送速度快，CPU和外設(shè)并行工作，提高了系統(tǒng)的效率。DMA在開(kāi)始前和結(jié)束后要通過(guò)程序查詢(xún)方式和中斷方式進(jìn)行預(yù)處理和后處理。CPU存儲(chǔ)器I/O控制器DMA控制器外設(shè)外設(shè)DMA方式和程序中斷方式的區(qū)別

實(shí)現(xiàn)方式不同中斷方式是程序切換，需要保護(hù)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)；DMA方式除了開(kāi)始和結(jié)尾時(shí)，不占用CPU的任何資源。

CPU響應(yīng)中斷和DMA請(qǐng)求的時(shí)機(jī)不同對(duì)中斷請(qǐng)求的響應(yīng)只能發(fā)生在每條指令執(zhí)行完畢時(shí)；對(duì)DMA請(qǐng)求的響應(yīng)可以發(fā)生在每個(gè)機(jī)器周期結(jié)束時(shí)。取指令取源操作數(shù)取目的操作數(shù)執(zhí)行中斷斷點(diǎn)DMA斷點(diǎn)中斷斷點(diǎn)DMA斷點(diǎn)DMA方式和程序中斷方式的區(qū)別CPU干預(yù)程度不同中斷傳送過(guò)程需要CPU的干預(yù)；DMA傳送過(guò)程不需要CPU的干預(yù)，故數(shù)據(jù)傳送速率非常高，適合于高速外設(shè)的成組數(shù)據(jù)傳送。二者優(yōu)先權(quán)不同

DMA請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)高于中斷請(qǐng)求。應(yīng)用不同中斷方式具有對(duì)異常事件的處理能力；DMA方式僅局限于完成主存與高速外設(shè)間的簡(jiǎn)單信息塊的I/O操作，不能處理復(fù)雜事件。兩者的關(guān)系：綜合應(yīng)用，互為補(bǔ)充。DMA控制器的基本組成DMA控制器的組成內(nèi)存地址計(jì)數(shù)器字計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)緩沖寄存器“DMA請(qǐng)求”觸發(fā)器“控制/狀態(tài)邏輯”中斷機(jī)構(gòu)8.4.3DMA傳送方法與傳送過(guò)程DMA傳送方法停止CPU訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)存（成組傳送）DMA傳輸時(shí)，CPU脫離總線(xiàn)，停止訪(fǎng)問(wèn)主存，直到DMA傳送一塊數(shù)據(jù)結(jié)束。特點(diǎn)：控制簡(jiǎn)單，適用于高速外設(shè)成組傳送數(shù)據(jù)。在DMA控制器訪(fǎng)內(nèi)階段，內(nèi)存的效能沒(méi)有充分發(fā)揮，相當(dāng)一部分內(nèi)存工作周期是空閑的。DMA不工作DMA不工作CPU控制并使用主存DMA控制并使用主存主存工作時(shí)間tDMA工作DMA傳送方法存儲(chǔ)器分時(shí)法每個(gè)存儲(chǔ)周期分成兩個(gè)時(shí)間片，一個(gè)給CPU，一個(gè)給DMA，這樣在每個(gè)存儲(chǔ)周期內(nèi)，CPU和DMA都可訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器。特點(diǎn)DMA不需要總線(xiàn)使用權(quán)的申請(qǐng)和釋放，傳送效率很高，但控制復(fù)雜。由于大多數(shù)外設(shè)的速度都不能與CPU相匹配，所以供DMA使用的時(shí)間片可能成為空操作，將會(huì)造成一些不必要的浪費(fèi)。CPU控制并使用主存DMA控制并使用主存主存工作時(shí)間tDMA傳送方法停止CPU訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)存（成組傳送）存儲(chǔ)器分時(shí)法周期挪用法前兩種方法的折衷當(dāng)I/O設(shè)備沒(méi)有DMA請(qǐng)求時(shí)，CPU按程序要求訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)存一旦I/O設(shè)備有DMA請(qǐng)求，則由I/O設(shè)備挪用一個(gè)或幾個(gè)內(nèi)存周期來(lái)訪(fǎng)問(wèn)主存，傳送完一個(gè)數(shù)據(jù)后立即釋放總線(xiàn)。CPU控制并使用主存DMA控制