計(jì)算機(jī)組織與結(jié)構(gòu)第5章-1、3、4節(jié)

任課教師：李靜梅第5章總線、中斷與I/O系統(tǒng)1.輸入輸出系統(tǒng)的組成、功能;2.總線的分類及輸入輸出總線的控制方式、通訊技術(shù)及總線標(biāo)準(zhǔn)化;3.通道處理機(jī)的工作原理及工作過程，輸入輸出系統(tǒng)中的中斷技術(shù)。本章主要內(nèi)容包括:1．定義：總線是構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的互聯(lián)機(jī)構(gòu)，是多個(gè)功能部件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的公共通路。借助于總線連接，計(jì)算機(jī)在各系統(tǒng)功能部件之間實(shí)現(xiàn)地址數(shù)據(jù)和控制信息的傳送與交換，并在爭(zhēng)用資源的基礎(chǔ)上進(jìn)行工作。2．分類：視點(diǎn)不同，總線的分類方法就有所不同。5.1.1總線的基本概念內(nèi)部總線：CPU內(nèi)部各寄存器及運(yùn)算部件之間的總線，稱為內(nèi)部總線。系統(tǒng)總線：除了內(nèi)部總線外，CPU與存儲(chǔ)器、通道等其它高速設(shè)備也需要連接，稱這類總線為系統(tǒng)總線。數(shù)據(jù)總線DB地址總線AB控制總線CBI/O總線：中、低速I/O設(shè)備互連的總線，稱為I/O總線。（通信總線）

2）按信息傳送方向

單向傳輸雙向傳輸

半雙向全雙向1）按總線所起的作用分類3）按使用方法：專用總線（熱線）：只連接一對(duì)物理部件的總線。

非專用總線：總線可被多種功能部件分時(shí)共享，但同一時(shí)刻只有一對(duì)部件使用總線。

系統(tǒng)總線為例，系統(tǒng)總線比CPU內(nèi)部總線的種類多得多，連接在系統(tǒng)總線上的部件可能由不同廠商提供的。為了總線的通用性，必須制定標(biāo)準(zhǔn)?？偩€除了具有規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，還具有物理特性、功能特性和電氣特性等基本特征。總線的標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)質(zhì)上是I/O接口的標(biāo)準(zhǔn)化。

I/O功能模塊通常簡(jiǎn)稱I/O接口，也叫適配器。廣義講，I/O接口是指CPU、主存和外設(shè)之間通過系統(tǒng)總線進(jìn)行連接的標(biāo)準(zhǔn)化邏輯部件，I/O接口在它動(dòng)態(tài)連接的兩個(gè)部件之間起到“轉(zhuǎn)換器”的作用，以便實(shí)現(xiàn)信息傳遞。

3．總線標(biāo)準(zhǔn)化

那么外圍設(shè)備通過I/O接口與主機(jī)的簡(jiǎn)單連接方式及I/O接口的模塊框圖是什么樣的呢？外圍設(shè)備的連接方式

I/O接口模塊框圖

一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的I/O接口可能連接一個(gè)設(shè)備也可能連接多個(gè)設(shè)備，在它所連接的設(shè)備之間起轉(zhuǎn)換器的作用，以解決計(jì)算機(jī)主機(jī)與外圍設(shè)備的各種信號(hào)之間的差別?？偩€接口通常具有6個(gè)功能：控制、緩沖、狀態(tài)設(shè)置、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、整理、程序中斷。以傳送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)00000101為例，即可以串行傳送也可以并行傳送：串行傳送

并行傳送

總線帶寬是指總線本身所能達(dá)到的最高傳輸速率（MB/S）。

受總線長(zhǎng)度、總線驅(qū)動(dòng)器、接收器性能、連接在總例上的模塊數(shù)等眾多因素影響，可能會(huì)造成線上信號(hào)的延時(shí)和畸變，故最高速率受限。

例5－1：(1)某總線在一個(gè)總線周期中并行傳送4個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，假設(shè)一個(gè)總線周期等于一個(gè)總線時(shí)鐘周期，總線時(shí)鐘頻率為33MHZ，總線帶寬是多少？(2)如果一個(gè)總線周期中并行傳送64位數(shù)據(jù)，總線時(shí)鐘頻率升為66MHZ,總線寬度是多少？解：

(1)設(shè)總線帶寬為Dr，通常的總線周期T、總線時(shí)鐘周期及D的關(guān)系如圖5.7所示。設(shè)一個(gè)總線周期傳送的數(shù)據(jù)量為D。那么：T：D=1:x總線周期與總線的時(shí)鐘周期（2）64位=8B=D，則：總線標(biāo)準(zhǔn)是指總線的機(jī)械物理尺寸、引線數(shù)目、信號(hào)定義、功能和時(shí)序、數(shù)據(jù)傳輸率、工作頻率、總線協(xié)議等所進(jìn)行的統(tǒng)一的嚴(yán)格定義，使它具有高度的科學(xué)性和權(quán)威性，以便被計(jì)算機(jī)界廣泛接受。

幾類常用的總線標(biāo)準(zhǔn)

5.1.2總線的控制方式（仲裁策略）

I/O系統(tǒng)一般都采用非專用總線。當(dāng)采用非專用總線時(shí)，由于可能發(fā)生多個(gè)設(shè)備或部件同時(shí)申請(qǐng)使用總線，就得有總線控制機(jī)構(gòu)按照某種優(yōu)先次序進(jìn)行裁決，保證在同一時(shí)間內(nèi)只能有一個(gè)高優(yōu)先級(jí)的申請(qǐng)者取得對(duì)總線的使用權(quán)。分散式總線控制：總線控制邏輯分散于連到總線的各個(gè)部件當(dāng)中。集中式總線控制：總線控制邏輯集中放在連接到總線上的某個(gè)部件或放在單獨(dú)設(shè)置的硬件設(shè)備中。集中式總線控制方式

串行鏈接定時(shí)查詢獨(dú)立請(qǐng)求

1.串行鏈接

所有部件都經(jīng)公共的“總線請(qǐng)求”線向總結(jié)控制器發(fā)出要求使用總線的申請(qǐng)。只有當(dāng)“總線忙”信號(hào)未建立時(shí)，“總線請(qǐng)求”才被總線控制器響應(yīng)，送出“總線可用”信號(hào)，它串行地通過每個(gè)部件。如果某個(gè)部件接收到“總線可用”信號(hào)，但未發(fā)過“總線請(qǐng)求”進(jìn)，就將信號(hào)繼續(xù)送往下一個(gè)部件。如果該部件接到“總線可用”信號(hào)并發(fā)出過“總線請(qǐng)求”時(shí)，則停止傳送“總線可用”信號(hào)。該部件建立“總線忙”，并去除其“總線請(qǐng)求”，意即該部件獲得了使用總線的權(quán)利，之后即可準(zhǔn)備數(shù)據(jù)的傳送。在數(shù)據(jù)傳送期間，“總線忙”信號(hào)維持“總線可用”的建立。完成傳送后，部件去除“總線忙”信號(hào)，“總線可用”隨之去除。其后，當(dāng)“總線請(qǐng)求”再次建立時(shí)，就開始新的總線分配過程。

原理如圖5.8:

圖5.8集中式串行鏈接

優(yōu)點(diǎn)：選擇設(shè)備優(yōu)先級(jí)的算法簡(jiǎn)單，控制線數(shù)少到只有3根，可擴(kuò)充性好。缺點(diǎn)：“總線可用”失效敏感，優(yōu)先級(jí)靈活性差，“總線可用”信號(hào)的傳遞會(huì)限制分配的速度，受總線長(zhǎng)度的影響，增加設(shè)備受限。2．集中式定時(shí)查詢總線上的每個(gè)部件通過“總線請(qǐng)求”線發(fā)出請(qǐng)求，若總線處于空閑時(shí)，“總線忙”信號(hào)未建立，則總線控制器收到請(qǐng)求后，讓計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，定時(shí)地查詢各個(gè)部件以確定是誰發(fā)出的請(qǐng)求。當(dāng)查詢線上的計(jì)數(shù)值與發(fā)出請(qǐng)求的部件號(hào)一致時(shí)，該部件就建立“總線忙”，并使計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，即停止查詢，同時(shí)去除自身的請(qǐng)求信號(hào)，該部件獲得總線使用權(quán)，開始進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送。

過程如圖5.9:

圖5.9集中式定時(shí)查詢

優(yōu)點(diǎn)：（1）可靠性高（2）優(yōu)先級(jí)的確定靈活a．每次總線分配前，計(jì)數(shù)器既可清零，也可從中止點(diǎn)繼續(xù)查詢，讓每個(gè)部件有同等使用總線的機(jī)會(huì)。計(jì)數(shù)器的初值是可變的，就可以讓某個(gè)設(shè)備具有最高優(yōu)先級(jí)。b．每次總線分配前，可將設(shè)備號(hào)重新設(shè)定，則可指定設(shè)備為任何優(yōu)先級(jí)。缺點(diǎn)：（1）擴(kuò)展性差，控制較復(fù)雜，需要根總線。

（2）總線的分配速度取決于計(jì)數(shù)信號(hào)的頻率和部件數(shù)。3．集中式獨(dú)立請(qǐng)求每個(gè)部件的“總線請(qǐng)求”信號(hào)可以同時(shí)并行送到總線控制器。控制器可以根據(jù)多種算法中的某一種對(duì)同時(shí)到來的多個(gè)請(qǐng)求進(jìn)行仲裁，隨后將“總線準(zhǔn)許”信號(hào)送回被選中的部件。同時(shí)去掉該部件的請(qǐng)求信號(hào)，建立“總線已被分配”的信號(hào)，開始數(shù)據(jù)的傳送。傳送結(jié)束后，部件去除“總線已被分配”信號(hào)，并經(jīng)控制器去除本部件的“總線允許”信號(hào)。

圖5.10集中式獨(dú)立請(qǐng)求

優(yōu)點(diǎn)：（1）分配速度快，既不串行脈動(dòng)，也不定時(shí)查詢。（2）優(yōu)先級(jí)確定靈活。可用程序方式，也可用硬件屏蔽位方式。缺點(diǎn)：（1）線數(shù)過多，共需2N+1根總線。（2）控制復(fù)雜。現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中巨、大、中型機(jī)上宜用后二種，而小、微型機(jī)上則用串行鏈接。5.1.3總線的通訊技術(shù)當(dāng)獲得總線的使用權(quán)后，還必須給出通信的“源”和“目的”部件、傳送信息的類型和方向等，之后才開始數(shù)據(jù)的傳送。傳送方法又分為同步通訊和異步通訊兩種方式。兩個(gè)部件之間的信息傳送是通過定寬、定距的系統(tǒng)時(shí)標(biāo)進(jìn)行同步的。這種方式的信息傳送速率高，受總線的長(zhǎng)度影響小，但會(huì)因時(shí)鐘在總線上的時(shí)滯而造成同步誤差，且時(shí)鐘線上的干擾信號(hào)易引起誤同步。提高可靠性的方法是對(duì)收到數(shù)據(jù)正確與否給予回答。但此時(shí)同步時(shí)間片的寬度應(yīng)是最低速設(shè)備的，所以這種方法會(huì)降低同步通訊的速度。另一種方法是正確時(shí)不回答，錯(cuò)誤時(shí)發(fā)一個(gè)出錯(cuò)信號(hào)，此時(shí)不會(huì)降低正常時(shí)的傳送速率。但為了能做到一旦出錯(cuò)便要重發(fā)，就必須設(shè)置較大容量的緩沖器，以備重發(fā)之用。1．同步通訊（不應(yīng)答方式）2．異步通訊（應(yīng)答方式）單向控制：通訊過程中只由源或目的部件中的一個(gè)控制

單向源控單向目控雙向控制：由源和目的雙方共同控制（請(qǐng)求/回答）

源控式互鎖非互鎖目控（1）單向源控式通訊單向源控的通訊原理示意圖如圖5.11所示。優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、高速。缺點(diǎn)：沒有來自目的部件的回答信號(hào)，無法知道收到數(shù)據(jù)的對(duì)與錯(cuò)。而且對(duì)具有不同速度的部件之間的通訊，需設(shè)置一定容量的緩沖器來暫存來不及處理的信息。對(duì)“數(shù)據(jù)準(zhǔn)備”線的要求極高，干擾要特小才可以。

目的部件建立“數(shù)據(jù)請(qǐng)求”后，使源部件把數(shù)據(jù)放在“數(shù)據(jù)”線上，經(jīng)二次傳送延遲，即2td后，數(shù)據(jù)才到達(dá)目的部件，并由其校驗(yàn)有效性。如果有錯(cuò)，目的部件發(fā)“數(shù)據(jù)有錯(cuò)”信號(hào)代替下一個(gè)“數(shù)據(jù)請(qǐng)求信號(hào)”。顯然，目的部件接收數(shù)據(jù)后的這種校驗(yàn)會(huì)降低傳送速率。（2）單向目控式通訊其通訊原理示意圖如下圖所示。（3）雙向源控非互鎖其通訊原理示意圖如圖5.13所示。優(yōu)點(diǎn)：（1）提供出錯(cuò)控制。（2）便于實(shí)現(xiàn)不同速度部件之間的通訊。缺點(diǎn)：（1）二次總線延遲，速度受損。（2）增加控制邏輯的負(fù)擔(dān)。（3）如果總線傳輸延遲與通訊信號(hào)脈寬的比值不合適，就可能出現(xiàn)在下一個(gè)“數(shù)據(jù)準(zhǔn)備”到達(dá)目的端時(shí)，上一個(gè)“數(shù)據(jù)接受”仍處于高電平，這樣“數(shù)據(jù)準(zhǔn)備”信號(hào)會(huì)使“數(shù)據(jù)接受”線一直維持在高電平上，從而造成下一個(gè)數(shù)據(jù)的接收錯(cuò)誤。（4）雙向源控互鎖消除上述錯(cuò)誤的方法是：使下一個(gè)“數(shù)據(jù)準(zhǔn)備”信號(hào)在上一個(gè)“數(shù)據(jù)接受”信號(hào)結(jié)束后再發(fā)出。如圖5.14，只有當(dāng)“數(shù)據(jù)接受”的后沿返回到源端后，下一個(gè)“數(shù)據(jù)準(zhǔn)備”信號(hào)才可以發(fā)出。雖然雙向互鎖方式增加了信號(hào)沿總線來回傳送的次數(shù)，也使控制硬件復(fù)雜些，但它既能適應(yīng)各種I/O設(shè)備的不同速度，保證數(shù)據(jù)傳送的正確性，又能有較高的數(shù)據(jù)傳送速率。因?yàn)樗偸且运釉春湍康牟考邢鄬?duì)較低的速率來通信，而不是所有部件中最低的速率，這比同步方式效率要高。所以，目前I/O總線中最廣泛使用的還是異步雙向互鎖的通信方式。5.3輸入輸出系統(tǒng)5.3.1I/O系統(tǒng)的組成

從硬件邏輯看

系統(tǒng)總線

接口：包括控制外設(shè)工作的絕大部分電路，一般以插卡的方式插在主板的空槽中，部分在主板上（中斷控制邏輯、DMA控制器）。外部設(shè)備:隨著集成電路的發(fā)展，芯片集成度的快速增長(zhǎng)，一系列的專用芯片把這些中小規(guī)模集成電路和并行接口芯片等近百種接口芯片集成在一起，形成了現(xiàn)在微型機(jī)中常提到的芯片組完成控制功能。從軟件邏輯看

最低層：固化在I/O設(shè)備控制器中的控制程序。中間層：操作系統(tǒng)中的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，它為用戶屏蔽了外圍設(shè)備的物理細(xì)節(jié)，用戶只需此采用統(tǒng)一的操作界面。

頂層：用戶的輸入輸出請(qǐng)求。

5.3.2I/O系統(tǒng)的功能對(duì)指定的外設(shè)進(jìn)行輸入輸出工作，包括

給外設(shè)的信息編址

連接好主存與外設(shè)間的信息通路進(jìn)行信息傳送

對(duì)所要傳送的信息進(jìn)行格式變化

5.3.3I/O系統(tǒng)的4中工作方式1.直接程序傳送方式（程序查詢方式）圖5.23是程序查詢方式的流程圖。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是不增加硬件，控制簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是CPU與外設(shè)不能并行工作，CPU利用率低。圖5.23

2.程序中斷傳送方式（中斷方式）將上述的CPU主動(dòng)查詢改成外設(shè)主動(dòng)報(bào)告，即外設(shè)工作期間，CPU并不查詢等待，而是繼續(xù)執(zhí)行程序，處理其他事情。當(dāng)外設(shè)準(zhǔn)備好和完成一次操作后，主動(dòng)向CPU報(bào)告。如圖5.24所示。

由于源程序與服務(wù)程序之間的切換要花費(fèi)一定的時(shí)間，影響速度，所以它適合于中、低速I/O操作。3.DMA傳送方式（直接存儲(chǔ)器存取方式）DMA(DirectMemoryAccess)方式也叫直接存儲(chǔ)器存取方式。它是直接依靠硬件在主存與I/O設(shè)備之間傳送數(shù)據(jù)的一種工作方式，在傳送期間不需要CPU執(zhí)行程序進(jìn)行干預(yù)。圖5.25表明了這種方式的執(zhí)行過程。早期，采取周期挪用或周期竊取。由CPU發(fā)送命令控制DMA傳送，即CPU響應(yīng)設(shè)備提出的DMA請(qǐng)求后，在一個(gè)周期內(nèi)暫停執(zhí)行程序（并不進(jìn)行程序切換），實(shí)現(xiàn)DMA傳送，這個(gè)周期也稱DMA周期。現(xiàn)在，增加DMA控制器，CPU響應(yīng)DMA請(qǐng)求后，暫停使用系統(tǒng)總線和訪問，改由DMA控制器掌管總線，在DMA周期中發(fā)出命令，實(shí)現(xiàn)主存與I/O之間的DMA傳送。由于CPU是暫停，所以不需斷點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)的保護(hù)，速度得以提高。只要CPU不訪問和使用總線，可以與DMA周期中并行工作。達(dá)到了I/O傳送的并行性。DMA傳送前和傳送后都需要CPU執(zhí)行程序進(jìn)行干預(yù)。核心思想？由CPU通過執(zhí)行程序進(jìn)行DMA初始化，將有關(guān)控制信息發(fā)送給DMA控制器，CPU不再干預(yù)。以后以相應(yīng)隨機(jī)請(qǐng)求方式，由DMA控制器實(shí)現(xiàn)DMA傳送。批量傳送結(jié)束后，CPU以響應(yīng)中斷請(qǐng)求方式進(jìn)行結(jié)束處理。核心思想：4.I/O處理機(jī)方式

處理機(jī)方式

I/O通道方式：

通道有自己的通道指令和通道程序，通道通過執(zhí)行通道指令對(duì)外設(shè)進(jìn)行控制。但它的指令功能簡(jiǎn)單、使用面窄、且與CPU爭(zhēng)用主存，自己所擁有的緩沖器容量有限，性能不如外圍處理機(jī)。外圍處理機(jī)：

基本是獨(dú)立于處理機(jī)異步工作的，不僅具有豐富的指令，且可以承擔(dān)診斷、維修及系統(tǒng)顯示等，功能較強(qiáng)。5.4.1工作原理及工作過程

為了防止用戶竊取系統(tǒng)中的不該讓其讀出的內(nèi)容，也為了防止用戶自行輸入而破壞其它用戶程序和系統(tǒng)程序，目前的計(jì)算機(jī)已禁止用戶直接安排輸入輸出，而將輸入輸出功能改成由中央處理機(jī)控制的管態(tài)指令，使得用戶在目態(tài)程序中無權(quán)使用這些指令。圖5.26說明了用戶程序借助廣義指令實(shí)現(xiàn)I/O操作的過程。圖5.26

廣義指令由訪管指令和若干參數(shù)組成，它的操作碼實(shí)質(zhì)上就是對(duì)應(yīng)此廣義指令的管理程序的入口地址。當(dāng)用戶的目態(tài)程序執(zhí)行到目態(tài)訪管指令后，產(chǎn)生自愿訪管中斷，CPU響應(yīng)此中斷后，進(jìn)入管態(tài)，完成相應(yīng)的工作。通道處理機(jī)進(jìn)行輸入輸出工作時(shí)的主要過程如圖

啟動(dòng)I/O指令是主要的輸入輸出指令，它的執(zhí)行意味著通道選擇設(shè)備期的開始。通道被啟動(dòng)后，CPU退出管態(tài)，返回目態(tài)程序繼續(xù)執(zhí)行。而通道則按通道程序組織I/O操作，進(jìn)入通道的數(shù)據(jù)傳送期，開始了與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送。直至通道程序執(zhí)行無鏈通道指令后，傳送完成，向CPU發(fā)出I/O中斷請(qǐng)求。CPU響應(yīng)此中斷后，第一次進(jìn)行如管態(tài)，對(duì)其進(jìn)行處理。這樣，每完成一次I/O操作CPU只需二次進(jìn)管，大大減少了對(duì)目態(tài)程序的干擾，提高CPU與外設(shè)操作的重疊程度。同時(shí)，系統(tǒng)中多個(gè)通道都有自己的通道程序，可以并行工作，且每個(gè)通道上掛接的多臺(tái)外設(shè)也是并行工作的。5.4.2具有通道的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)于圖5.28所示的具有通道的四層結(jié)構(gòu)中，第一層是主機(jī)與主存等計(jì)算機(jī)的主要功能部件。第二層到第四層構(gòu)成了整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的輸入輸出部分。其中假定系統(tǒng)中具有n個(gè)通道，CE代表設(shè)備控制器，A、B、C、D、E、F等表示各種外接設(shè)備?？梢詮膱D中發(fā)現(xiàn)：CPU與多道程序CPU與多個(gè)通道都是并行的通道與通道每個(gè)通道的各個(gè)設(shè)備之間5.4.3通道的類型通道的分類

字節(jié)多路通道(byte)數(shù)組多路通道(block)選擇通道(select)設(shè)某類通道上掛接了A、B、C三臺(tái)外設(shè)，每臺(tái)外設(shè)需要傳送的信息量分別為（a1a2am）、（b1b2……bn）和（c1c2……ck）。適用于連接大量象光電機(jī)等字符類低速設(shè)備，通道的“數(shù)據(jù)寬度”為單字節(jié)，以字節(jié)交叉方式輪流地為多臺(tái)外設(shè)服務(wù)。字節(jié)多路通道可以有多個(gè)子通道，彼此能獨(dú)立地執(zhí)行通道指令。各個(gè)子通道間是并行工作的，以字節(jié)寬度分時(shí)進(jìn)出主通道，接在每個(gè)子通道上多臺(tái)設(shè)備也能分時(shí)使用子通道，其結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)傳送過程示例如圖5.29所示。1.字節(jié)多路通道2.數(shù)組多路通道宜于掛多臺(tái)高速的磁盤存儲(chǔ)器，“數(shù)據(jù)寬度”為定長(zhǎng)塊，以成組交叉方式輪流的為多臺(tái)外設(shè)服務(wù)，其結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)傳送過程示例如圖5.30所示，假定定長(zhǎng)塊為K。3.選擇通道宜于接高優(yōu)先級(jí)的高速磁盤等設(shè)備，“數(shù)據(jù)寬度”為可變長(zhǎng)塊，某臺(tái)設(shè)備被選中使用通道后，就獨(dú)占通道，直到把設(shè)備的信息量傳完才釋放通道。5.4.4通道的流量分析通道流量：通道在數(shù)據(jù)傳送期間，單位時(shí)間內(nèi)所傳送的字節(jié)數(shù)。用表示。通道的極限流量：通道在數(shù)據(jù)傳送期間，所能達(dá)到的最大流量。用表示。極限流量與三個(gè)因素有關(guān)

通道的工作方式選擇一次設(shè)備所花的時(shí)間TS傳送一個(gè)字節(jié)的時(shí)間TD1.通道極限流量的設(shè)計(jì)字節(jié)多路通道：數(shù)組多路通道：選擇通道：顯然，TS和TD都是定值，當(dāng)N>K時(shí)，總有：。2.諸設(shè)備要求j號(hào)子通道提供的流量能力分析分析對(duì)象為j號(hào)子通道，上邊掛接了Pj臺(tái)外設(shè)，如圖5.32所示。若j為字節(jié)多路通道：若j為數(shù)組多路通道：若j為選擇通道：

顯然，設(shè)備要求通道的實(shí)際最大流量只有小于等于通道所能達(dá)到的極限，才能保證掛在j號(hào)子通道上的所有設(shè)備在滿負(fù)荷工作的最壞情況下不丟失信息，這一條也是通道流量設(shè)計(jì)的最基本原則。3.整個(gè)I/O系統(tǒng)流量的設(shè)計(jì)設(shè)整個(gè)I/O系統(tǒng)共有m個(gè)子通道，其中有m1個(gè)字節(jié)多路子通道，m2個(gè)數(shù)組多路子通道，m3個(gè)選擇子通道。相同類型的各子通道之間、不同類型的子通道之間都是并行工作的。

根據(jù)流量設(shè)計(jì)原則，整個(gè)I/O系統(tǒng)的流量設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下式：可以用等式左右兩邊的差值的大小衡量I/O系統(tǒng)流量利用率的情況。差值越小，利用率越高，設(shè)計(jì)就越合理。另外，CPU要使用主存，通道也要訪問主存，所以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的主存流量應(yīng)為二者的流量之和。設(shè)有一字節(jié)多路通道，由3個(gè)子通道組成。共有5臺(tái)外設(shè)分別掛在這3個(gè)子通道上，其中A、B二個(gè)高速印字機(jī)各占一個(gè)子通道，各自以每25μs的時(shí)間間隔發(fā)一個(gè)字節(jié)請(qǐng)求；C、D是二臺(tái)低速印字機(jī)，E是一臺(tái)光電輸入機(jī)，它們3臺(tái)外設(shè)合用一個(gè)子通道，C、D各自以每150μs的時(shí)間間隔發(fā)一個(gè)字節(jié)請(qǐng)求，而E以每800μs的時(shí)間間隔發(fā)一個(gè)字節(jié)請(qǐng)求。例5：求：（1）5臺(tái)設(shè)備各自的傳輸速率。（2）5臺(tái)設(shè)備在數(shù)據(jù)傳送期內(nèi)，要求通道的實(shí)際最大流量及通道的極限流量，并求通道的工作周期T。（3）若5臺(tái)設(shè)備的響應(yīng)優(yōu)先級(jí)為A→B→C→D→E，即速率越高的優(yōu)先級(jí)越高。那么當(dāng)通道和設(shè)備開始工作的時(shí)候，若B、C、D、E首先同時(shí)發(fā)出各自的傳送字節(jié)的中斷請(qǐng)求，而A在滯后5μs后才發(fā)出第一個(gè)字節(jié)請(qǐng)求，請(qǐng)畫出通道響應(yīng)和處理各設(shè)備請(qǐng)求的時(shí)間過程示意圖。解：根據(jù)題意，畫出該字節(jié)多路通道的結(jié)構(gòu)圖5.33。（1）（2）

（3）通道響應(yīng)和處理各設(shè)備請(qǐng)求的時(shí)間過程示意圖如圖5.34所示。由圖5.34可以看出，對(duì)每臺(tái)設(shè)備，都在該設(shè)備發(fā)出下一個(gè)申請(qǐng)之前，或最多是發(fā)出申請(qǐng)的同時(shí)處理完上一次請(qǐng)求，因此，不會(huì)發(fā)生丟碼現(xiàn)象，通道可以這樣周而復(fù)始地工作下去。然而?然而，各設(shè)備具體處理完每個(gè)字節(jié)請(qǐng)求的時(shí)間間隔卻并不相同。以B號(hào)印字機(jī)為例：處理完兩個(gè)相鄰的字節(jié)請(qǐng)求的最短時(shí)間相隔：10us。處理完兩個(gè)相鄰的字節(jié)請(qǐng)求的最長(zhǎng)時(shí)間相隔：40us。流量設(shè)計(jì)的基本要求只能保證通道在宏觀上不丟失設(shè)備的信息，如果設(shè)備要求通道的實(shí)際流量最高值接近于通道設(shè)計(jì)時(shí)所能達(dá)到的極限流量時(shí)，通道在工作時(shí)的某個(gè)局部時(shí)刻還有可能丟失信息。由于高速設(shè)備總是頻繁地發(fā)出請(qǐng)求，又總是被優(yōu)先響應(yīng)，就可能使低速設(shè)備的信息一時(shí)得不到處理而丟失。解決方法：（1）為各設(shè)備配置一定容量的緩沖器。（2）臨時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整低速設(shè)備的優(yōu)先級(jí)。例6：若通道的Ts=9.8us,T0=0.2us,某類低速設(shè)備沒隔500us發(fā)出一個(gè)字節(jié)數(shù)字傳送請(qǐng)求，問至多可以掛幾臺(tái)這類低速設(shè)備？對(duì)表5.5所示6臺(tái)高速設(shè)備，若一次通信傳送的字節(jié)數(shù)不少于1024個(gè)字節(jié)，問哪些可以掛在通道上？哪些不能？設(shè)備ABCDEF發(fā)出申請(qǐng)的時(shí)間間隔μs0.20.250.50.190.40.21解：（1）即為低速設(shè)備，應(yīng)以字節(jié)多路通道的方式工作，設(shè)至多能掛x臺(tái)這樣的外設(shè)。則有：所以根據(jù)最多掛50臺(tái)。（2）依題意，1024是一個(gè)定長(zhǎng)塊的大小，且是高速