It計算機課件 計算機系統(tǒng)結構第4章入輸出系統(tǒng)

高華方學出旃二社

第4章輸入輸出系統(tǒng)

4.1輸入輸出原理

4.2中斷系統(tǒng)

4.3通道處理機

4.4輸入輸出處理機

唐華尢學出版社

4.1輸入輸出原理一

通常把處理機與主存儲器之外的部分統(tǒng)稱為輸

入輸出系統(tǒng)，包括輸入輸出設備、輸入輸出

接口和輸入輸出軟件等。

實際上，運算器、控制器、主存儲器和總線等

也要通過輸入輸出系統(tǒng)來管理。

4.1.1輸入輸出系統(tǒng)的特點

4.1.2輸入輸出系統(tǒng)的組織方式

4.1.3基本輸入輸出方式

，—L,.廠，—人共M94J-RJ!MAM0羔部密德以XWW部

4.1.1輸入輸出系統(tǒng)的特點

輸入輸出系統(tǒng)是處理機與外界進行數(shù)據(jù)交換的

通道。

輸入輸。出系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)中最具多樣性和復

雜性的部分。

輸入輸出系統(tǒng)涉及到機、光、電、磁、聲、自

動控制等多種學科。

輸入輸出系統(tǒng)最典型地反映著硬件與軟件的相

互結合O

輸入輸出系統(tǒng)的復雜性隱藏在系統(tǒng)軟件中，用

戶無需了解輸入輸出設備的具體細節(jié)。

高華空學出版社

處理機的外部世界包括:

高華尢學出院V―腐8嬲颼嬲BBI，111H

1.實時性

對于一般輸入輸出設備,如果處理機提供的服務

不及時，可能丟失數(shù)據(jù)，或造成外圍設備工

作的錯誤。

對于實時控制計算機系統(tǒng)，如果處理機提供的

服務不及時，可能造成巨大的損失，甚至造

成人身傷害。

對于處理機本"的硬件或軟件錯誤：如電源故

障、數(shù)據(jù)校驗錯、頁面失效、非法指令、地

址越界等，處理機必須及時處理。

對不同類型的設備，必須具有與設備相配合的

多種工作方式。

2.與設備無關性

獨立于具體設備的標準接口。例如，串行接口、

并行接口、SCSI(SmallComputerSystem

Interface)接口等

計算機系統(tǒng)的使用者，在需要更換外圍設備時,

各種不同型號，不同生產(chǎn)廠家的設備都可以

直接通過標準接口與計算機系統(tǒng)連接。

處理機采用統(tǒng)一的硬件和軟件對品種繁多的設

備進行管理。

某些計算機系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了即插即用技術。

割紇學出版社

3.異步性

輸入輸出設備通常不使用統(tǒng)一的中央時鐘，各

個設備按照自己的時鐘工作，但又要在某些

時刻接受處理機的控制。

處理機與外圍設備之間，外圍設備與外圍設備

之間能并行工作

針對實時性，采用層次結構的方法，

針對與設備無關性，采用分類處理的方法

針對異步性，采用自治控制的方法，

^瑁齷S______=小―⑼-獷內利，叩

4.1.2輸入輸出系統(tǒng)的組■方式

1.自治控制

輸入輸出系統(tǒng)是獨立于CPU之外的自治系統(tǒng)

處理機與外圍設備之間要有恰當?shù)姆止?/p>

2.層次結構

最內層是輸入輸出處理機、輸入輸出通道等

中間層是標準接口。

標準接口通過設備控制器與輸入輸出設備連接

3分類組織

面向字符益設備，如字符終端、打字機等

面向數(shù)據(jù)塊的設備，如磁盤、磁帶、光盤等。

高華方學出瓶社

CU是設備控制器，D是外圍設備

輸入輸出系統(tǒng)的層次結構

4.1.3基本輸入輸出方式

1.程序控制輸入輸出方式

狀態(tài)驅動輸入輸出方式、應答輸入輸出方式、

查詢輸入輸出方式、條件驅動輸入輸出方式

程序控制輸入輸出方式的4個特點：

⑴何時對何設備進行輸入輸出操作受CPU控制

(2)CPU要通過指令對設備進行測試才能知道設

備的工作狀態(tài)?？臻e、準備就緒、忙碌等

(3)數(shù)據(jù)的輸入和輸出都要經(jīng)過CPU

(4)用于連接低速外圍設備，如終端、打印機等

淆華尢學出版社■度——，——

例4.L一個處理機在一段時間內只能管理一

臺打印機。處理機執(zhí)行指令的速度為1GIPS,

字長32位，打印機每秒鐘100個字符。

解：處理機用一條指令就能向打印機傳送4個

字符。因此，處理機的實際利用率只有即4

千萬分之一。

100/109x4=0.25x10-

程序控制方式的數(shù)據(jù)傳送過程

清華尢學出版社

一個處理機管理多臺外圍

設備。處理機采用輪流

循環(huán)測試方法，分時為

各臺外圍設備服務。

優(yōu)點：

靈活性很好?？梢院苋?/p>

易地改變各臺外圍設備

的優(yōu)先級。

缺點：

不能實現(xiàn)處理機與外圍

設備之間并行工作。在程序控制方式中一個處理機管

理多臺外部設備的程序流程圖

零4斷冊輸出方式

定義：當出現(xiàn)來自系統(tǒng)外部，機器內部，甚至

處理機本身的任何例外的，或者雖然是事先

安排的，但出現(xiàn)在現(xiàn)行程序的什么地方是事

先不知道的事件時，CPU暫停執(zhí)行現(xiàn)行程序，

轉去處理這些事件，等處理完成后再返回來

繼續(xù)執(zhí)行原先的程序。

特點：

(1)CPU與外圍設備能夠并行工作。

(2)能夠處理例外事件。

(3)數(shù)據(jù)的輸入和輸出都要經(jīng)過CPU。

(4)用于連接低速外圍設備。

“"'一，，/f.^it**."J'_<fr.*/,尸?rr.?；.11*?*,i*)r?;F-、)f;

?jjjj,j.,I?jJJ，,jt,:fff?{?.jj-//

3,直接存儲器訪問方式

直接存儲器訪問方式(DMA：DirectMemory

Access),主要用來連接高速外圍設備。如磁

盤存儲器，磁帶存儲器、光盤輔助存儲器，

行式打印機等。

DMA方式的數(shù)據(jù)傳送過程

DMA^式具有如下特點/

(1)外圍設備的訪問請求直接發(fā)往主存儲器，

數(shù)據(jù)的傳送過程不需要CPU的干預。

(2)全部用硬件實現(xiàn)，不需要做保存現(xiàn)場和恢

復現(xiàn)場等工作。

(3)DMA控制器復雜，需要設置數(shù)據(jù)寄存器、

設備狀態(tài)控制寄存器、主存地址寄存器、設

備地址寄存器和數(shù)據(jù)交換個數(shù)計數(shù)器及控制

邏輯等。

(4)在DMA方式開始和結束時，需要處理機進

行管理。

‘血喘天設備的工作流程如下:―

從設備讀一個字節(jié)到DMA控制器中的數(shù)據(jù)緩沖

寄存器中。

若一個字沒有裝配滿，則返回到上面；若校驗

出錯，則發(fā)中斷申請；若一個字已裝配滿，

則將數(shù)據(jù)送主存數(shù)據(jù)寄存器。

把主存地址送主存地址寄存器，并將主存地址

增值。

把DMA控制器內的數(shù)據(jù)交換個數(shù)計數(shù)器減1。

若交換個數(shù)為0,貝UDMA數(shù)據(jù)傳送過程結束，否

則回到上面。

「加瑞fir設備的工作流程如下：一工

把主存地址送入主存地址寄存器，并啟動主存

儲器，同時將主存地址增值。

將主存數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)送DMA控制器的數(shù)

據(jù)寄存器。

把數(shù)據(jù)寫到輸出介質上（可能要逐個字符輸

出）。

把DMA控制器內的數(shù)據(jù)交換個數(shù)計數(shù)器中的內

容減1。

若交換個數(shù)為0,貝UDMA數(shù)據(jù)傳送過程結束，否

則回到上面。

目前使用的DMA方式實際上有如下三種：

(1)周期竊取方式：

在每一條指令執(zhí)行結束時，CPU測試有沒有DMA

服務申請。

借用CPU完成DMA工作流程。包括數(shù)據(jù)和主存地

址的傳送，交換個數(shù)計數(shù)器減1,主存地址

的增值及一些測試判斷等。

周期竊取方式的優(yōu)點是硬件結構簡單，比較容

易實現(xiàn)。

缺點是在數(shù)據(jù)輸入或輸出過程種實際上占用了

CPU的時間。

—l’.廣，—i一?步m.Mwwa斗期通旦聚u』j/^

⑵直接存取方式：

整個工作流程全部用硬件完成。

優(yōu)點與缺點正好與周期竊取方式相反。

⑶數(shù)據(jù)塊傳送方式：

在設備控制器中設置一個比較大的數(shù)據(jù)緩沖存

儲器。設備控制器與主存儲器之間的數(shù)據(jù)交

換以數(shù)據(jù)塊為單位，并采用程序中斷方式進

行。

采用數(shù)據(jù)塊傳送方式的外圍設備有軟盤驅動器、

行式打印機、激光打印機、卡片閱讀機、繪

圖儀等。

看華步學出瀝缸二

4.2中斷系統(tǒng)

4.2,1中斷源的組織

4.2.2中斷系統(tǒng)的軟硬件分配

4.2.3中斷現(xiàn)場的保存和恢復

4.2.4中斷屏蔽

4.2.1中斷源的組織

中斷系統(tǒng)需要硬件和軟件共同來實現(xiàn)。

引起中斷的各種事件稱為中斷源。

中斷系統(tǒng)的復雜性實際上主要是由中斷源的多

樣性引起的。

中斷源可以來自系統(tǒng)外部，也可以來自機器內

部，甚至處理機本身。

中斷可以是硬件引起的，也可以是軟件引起的。

把各種各樣的中斷源分類、分級組織好，是中

斷系統(tǒng)的關鍵之一。

1.中斷源的種類-

(1)由外圍設備引起的中斷。低速外圍設備每

傳送一個字節(jié)申請一次中斷；高速外圍設備

的前、后處理。

(2)由處理機本身產(chǎn)生的中斷。如算術溢出，

除數(shù)為零，數(shù)據(jù)校驗錯等。

(3)由存儲器產(chǎn)生的中斷。如地址越界、頁面

失效、訪問存儲器超時等。

(4)由控制器產(chǎn)生的中斷。如非法指令、堆棧

溢出、時間片到、切換到特權態(tài)。

(5)由總線產(chǎn)生的中斷。輸入輸出總線出錯，存

儲總線出錯等。

(6)實時過程控制產(chǎn)生的中斷。

(7)實時鐘的定時中斷。

(8)多處理機系統(tǒng)中，從其它處理機發(fā)送來的

中斷。

(9)程序調試過程中，由斷點產(chǎn)生的中斷。

(10)硬件故障中斷。

(11)電源故障中斷。

2.中斷源的分類組織

中斷源分類組織的目的：在響應中斷后能盡快

找到中斷入口。

根據(jù)中斷事件的緊迫程度，中斷源工作速度、

性質等進行分類

為每一類中斷源分配一個硬件的中斷入口，在

進入這個入口之后，再通過軟件找到具體的

中斷源。

可屏蔽中斷與不可屏蔽中斷，或稱一般中斷和

異常中斷。

J，yJ?|???)/.J■一?/5eft**?rr^If￡V/*'x***yr?**tZi-rwl

IBM公司的機器，把申蜥源扮

(1)重新啟動中斷。處理機不能禁止這類中斷

(2)機器檢驗出錯中斷。由硬件或軟件故障時

產(chǎn)生。

(3)程序性錯誤引起的中斷。

(4)訪問管理程序中斷。當用戶程序執(zhí)行訪管

指令引起的中斷。

(5)外部事件中斷。

(6)輸入輸出中斷。

清華方學出為函社

3.中斷優(yōu)先級

安排中斷優(yōu)先順序主要由下列因素來決定:

中斷源的急迫性。

設備的工作速度。

數(shù)據(jù)恢復的難易程度。

要求處理機提供的服務量。

中斷優(yōu)先級與中斷服務順序

要求：響應速度快，靈活性好。

做法：由硬件排隊器決定中斷優(yōu)先級，

通過軟件設置中斷屏蔽碼改變中斷服

務順序。

例如：在IBM370系列機中，'

把7類中斷分為5個中斷優(yōu)先級，

從高到低分別是：

(1)緊急的機器檢驗錯誤引起的中斷

(2)調用管理程序，程序性錯誤，可以抑制的

機器檢驗錯誤引起的中斷。

(3)外部事件引起的中斷

(4)外圍設備的中斷

(5)重新啟動引起的中斷

春些7［學莊上.茂二

例如：DEC公司的機器，

其優(yōu)先級從高到低分別是：

(1)總線錯誤引起的中斷

(2)主存刷新中斷

(3)指令錯誤引起的中斷

(4)程序跟蹤中斷

(5)電源掉電中斷

(6)在線停機中斷

(7)在線事件中斷(如實時鐘等)

(8)外圍設備中斷

(9)用戶程序中斷

信華大學同擷制

例4.2：某處理機共有4個中斷源，中斷優(yōu)先級

從高到低分別是：1級、2級、3級和4級。當

處理機在執(zhí)行主程序時，同時有3級和2級兩

個中斷源向處理機發(fā)出中斷服務請求。當處

理機為2級中斷源服務時又有4級中斷源發(fā)出

中斷服務請求。當處理機為4級中斷源服務

時又有1級中斷源發(fā)出中斷服務請求。

解：

處理機響應各中斷源的中斷請求和執(zhí)行中斷

服務程序的過程如下：

高華方學出瓶社

中斷請求主程序中斷服務程序

1級2級3級4級

2、3級

4級>

1級>

V

時間t

按照中斷優(yōu)先級響應中斷請求的例子

4.2.2中斷系統(tǒng)的軟硬件芬

有些功能必須用硬件實現(xiàn)，有的功能必須用軟

件實現(xiàn)，而大部分功能既可以用硬件實現(xiàn)，

也可以用軟件實現(xiàn)。

恰當分配中斷系統(tǒng)的軟硬件功能，是中斷系統(tǒng)

最關鍵問題

1.主要考慮的兩個因素：

中斷響應時間：中斷響應時間是一個非常重要

的指標。

靈活性：硬件實現(xiàn)速度快，靈活性差；軟件實

現(xiàn)正好相反

f1111111111111

表示一般用硬件實現(xiàn)

表示一般用軟件實現(xiàn)

表示可以用硬件實現(xiàn)，也可以用軟件實現(xiàn)）

現(xiàn)行指令結束，且沒有更緊急的服務請求

關CPU中斷

保存斷點，主要保存PC中的內容

撤消中斷源的中斷請求

保存硬件現(xiàn)場，主要是PSW及SP等

識別中斷源

改變設備的屏蔽狀態(tài)

進入中斷服務程序入口

翔紇鈿的社

保存軟件現(xiàn)場，在中斷服務程序中使用的通用

寄存器等

開CPU中斷，可以響應更高級別的中斷請求

中斷服務，執(zhí)行中斷服務程序

關CPU中斷

恢復軟件現(xiàn)場

恢復屏蔽狀態(tài)

恢復硬件現(xiàn)場

開CPU中斷

返回到中斷點

必須用硬件實現(xiàn)的有：

保存中斷點和進入中斷服務程序入口。

這兩個功能相當于執(zhí)行一條轉子程序指令，

因為中斷發(fā)生在現(xiàn)行程序的什么地方是不確

定的，不能由程序員來安排。

必須用軟件實現(xiàn)的有：

中斷服務和返回到中斷點。

返回到中斷點，通過執(zhí)行一條中斷返回指令

來實現(xiàn)，

中斷服務必須用軟件實現(xiàn)，因為是“程序中

斷方式”。

3.中斷響應時間

定義：從中斷源向處理機發(fā)出中斷服務請求開始，到

處理機開始執(zhí)行這個中斷源的中斷服務程序時為止,

這一段時間稱為中斷響應時間。

影響中斷響應時間的因素主要有4個：

(前2個屬于處理機設計，后2個屬于中斷系統(tǒng))

(1)最長指令執(zhí)行時間

有些指令的執(zhí)行時間很長，甚至無法預測。

(2)處理其它更緊急的任務所用時間

如處理DMA請求等。

(3)從第一次關CPU中斷到第一次開CPU中斷所經(jīng)

歷的時間

中斷系統(tǒng)的軟件與硬件功能分配，主要就是

要考慮這一段內要所的事情用軟件來實現(xiàn)，

還是用硬件來實現(xiàn)。

(4)通過軟件找到中斷服務程序入口所用時間

主要是第1和第3兩部分。其中，第1部分是指

令系統(tǒng)設計時考慮的問題，在中斷系統(tǒng)的設

計中，主要考慮第3部分。

—l，■一〃乂“甲M崎舞鄧潭桂MP〃曰的陽人弘式條琵]

i—23[J/>*^X*ji^I，)/JJ"r?,，"?.

4.2.3中斷現(xiàn)場的保存和恢復

(1)程序計數(shù)器PC,必須由硬件來完成保存

⑵處理機狀態(tài)字、堆棧指針、基址寄存器、中

斷屏蔽碼等

保存與恢復方法有：主存固定區(qū)域，壓入系

統(tǒng)堆棧、交換處理機狀態(tài)字。也可以采用軟

件在中斷服務程序中保存和恢復。

(3)軟件現(xiàn)場：指在中斷服務程序中被破壞的通

用寄存器。一般采用軟件來保存和恢復現(xiàn)場,

指令系統(tǒng)給予適當支持。也有些處理機采用

硬件來保存軟件現(xiàn)場，如Sparc處理機。

"4.2.4中斷屏蔽

設置中斷屏蔽有三個用處：

(1)在中斷優(yōu)先級由硬件確定了的情況下，改

變中斷源的中斷服務順序。

(2)決定設備是否采用中斷方式工作。

(3)在多處理機系統(tǒng)中，把外圍設備的服務工作

分配到不同的處理機中。

中斷屏蔽的實現(xiàn)方法主要有兩種：

方法一：每級中斷源設置一個中斷屏蔽位。

方法二：改變處理機優(yōu)先級

淆華大學出頒社VM.一一春一

例4.3：有四個中斷源Di、D2>D3和D4,它們

的中斷優(yōu)先級從高到低分別是1級、2級、3級

和4級。這些中斷源的正常中斷屏蔽碼和改變

后的中斷屏蔽碼見下表。每個中斷源一位，

共4位屏蔽碼。

正常中斷屏蔽碼改變后的中斷屏蔽碼

中斷源名稱中斷優(yōu)先級

D

D1D2D3D41D2D3D4

D1111111000

D22t壬1I1100

D3301L11110

D4400011111

J

z=-*-/—二?rIri)/

f廠[***/**J7Jj.?-j)I，,.J：■,?一，i>二X??，///?—J-c：,，?e.'"i)e]*"

解：f

如果4個中斷源都使用正常的中斷屏蔽碼，處理

機的中斷服務順序將嚴格按照中斷源的中斷

優(yōu)先級進行。

如果改變中斷屏蔽碼，當Di、D2>D3和D4這4

個中斷源同時請求中斷服務時，處理機實際

為各個中斷源服務的先后次序就會改變。

處理機響應的順序是Di、D2>D3、D4

實際服務的順序是D4、D3>D2>A

高華方學出版社

中斷請求主程序中斷服務程序

02D3D4

D],D2,D3,D

V

時間t

孑磔科一.....

方法二:‘,改變處理機優(yōu)先級-

例44某處理機共有4個中斷源DpD2>D3和

D4,它們的硬件中斷優(yōu)先級從低到高分別為1

級、2級、3級和4級。處理機本身的優(yōu)先級最

低，為0級。在中斷源D「D2>D3、D4的中斷

向量中，程序員為它們設置的優(yōu)先級分別為4

級、3級、2級、1級。

解：在處理機狀態(tài)字中設置3個中斷屏蔽位。

000為處理機本身的優(yōu)先級，

001-100分別表示4個中斷源的中斷優(yōu)先級o

當4個中斷源同時請求中斷服務時，

汽1匕丁字rrj加在用的累而

解：處理機實際完成中斷服務的過程

是Dj>D2、D4、D]

中斷請求主程序中斷服務程序

D1,D2,D3,D4

V

時間t

淆華大學出版社————~1-'■-■■

兩種方法的差別有：

(1)兩者使用的概念不同。

前者使用中斷屏蔽，

后者使用中斷優(yōu)先級。

(2)需要屏蔽碼的位數(shù)不同。

前者所需要的屏蔽位數(shù)比較多，

〃：10g277

(3)可屏蔽的中斷源數(shù)量和種類不同。

前者可以任意屏蔽掉一個或幾個中斷源，

后者只能屏蔽掉比某一個優(yōu)先級低的中斷源。

清華十字出的社

trtrfrJSJ?pr^；

4.3通道處理機

把外圍設備的管理工作從CPU中分離出來

主要用于舊M公司研制的機器中

4.3.1通道的作用和功能

4.3.2通道的工作過程

4.3.3通道的種類

434通道中的數(shù)據(jù)傳送過程

4.3.5通道流量分析

府華7二字S被在

處理機與外部設備的連接方式”

(1)直接連接

(2)通道處理機

(3)輸入輸出處理機

高華方學出旃二社

4.3.1通道的作用和功能

1.三種基本輸入輸出方式存在的問題：

CPU的輸入輸出負擔很重，不能專心用于用戶程序的

計算工作。

低速外圍設備，每傳送每個字符都由CPU執(zhí)行一段程

序來完成。

高速外圍設備的初始化、前處理和后處理等工作需要

CPU來完成。

大型機中的外圍設備臺數(shù)很多，但一般并不同時工作。

讓DMA控制器能被多臺設備共享，提高硬件的利用

率。

1躅_

2.通道的主要功能：

接受CPU發(fā)來的指令，選擇一臺指定的外圍設

備與通道相連接。

執(zhí)行CPU為通道組織的通道程序。

管理外圍設備的有關地址。

管理主存緩沖區(qū)的地址。

控制外圍設備與主存緩沖區(qū)之間數(shù)據(jù)交換的個

婁攵。

指定傳送工作結束時要進行的操作。

檢查外圍設備的工作狀態(tài)，是正常或故障。

在數(shù)據(jù)傳輸過程中完成必要的格式變換。

著些力雪蝌Mg

4.3.2通道的工作過程

通道完成一次數(shù)據(jù)輸入輸出的過程分為三步：

在用戶程序中使用訪管指令進入管理程序，由

CPU通過管理程序組織一個通道程序，并啟

動通道。

通道處理機執(zhí)行通道程序，完成指定的數(shù)據(jù)輸

入輸出工作。

通道程序結束后再次調用管理程序進行處理。

每完成一次輸入輸出工作，CPU只需要兩次調

用管理程序。

高華方學出版社

通道的工作過程

,時間t

請求輸入輸出響應I/O

訪管指令中斷請求

CPU運行用戶程序__\kW

CPU運行管理程序

編制通道程序登記或處理

啟動1/0通道

通道運行存放在主存中的通道程序

組織I/O操作/\

V向CPU發(fā)中斷請求

通道程序、管理程序和用戶程序的執(zhí)行時間關系

清華廣字出的社

通道完成一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕^程

高華方學出瓶社

高華方學出版社

高華方學出版社

4.3.3通道種類

三種類型的通道與CPU、設備控制器和外圍設備的連接關系

1.節(jié)警路通道

為多臺低中速的外圍設備服務

有多個子通道，每個子通道連接一個控制器

字節(jié)多路通道的結構

信舉方學出版社

2.選擇通道

為高速外圍設備服務

只有一個以成組方式工作的子通道

至設備控制器

選擇通道的結構

?;三.J>_*r^kII|L^L一）l

年藪11荽■通道JLL^?

字節(jié)多路通道和選擇通道的結合。

每次為一臺高速設備傳送一個數(shù)據(jù)塊，并輪流為多臺

外圍設備服務。

從磁盤存儲器讀出文件的的過程分為三步：

定位、找扇區(qū)、讀出數(shù)據(jù)

數(shù)組多路通道的實際工作方式是：

在為一臺高速設備傳送數(shù)據(jù)的同時，有多臺高速設

備可以在定位或者在找扇區(qū)。

與選擇通道相比，數(shù)組多路通道的數(shù)據(jù)傳輸率和通道

的硬件利用都很高，控制硬件的復雜度也高。

高華方學出版社

4.3.4通道中的數(shù)據(jù)傳送過程

字節(jié)多路通道的數(shù)據(jù)傳送過程

一個字節(jié)多路通道連接P臺設備，每臺設備都傳送n個字節(jié)

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D一D21Dpn

T

Ts：設備選擇時間，TD：傳送一個字節(jié)的時間，

Dij：第i臺設備的第j個數(shù)據(jù)，其中有：i=l,2,…，p,j=l,2,…，n

總共所需要的時間：TBYTE=(Ts+TD)-P-n

選擇通道的數(shù)據(jù)傳送過程

選擇通道連接P臺設備，每臺設備都傳送n個字節(jié)

DjD2.......Dp

---------------------------------------------------T---------------------------------------------------

Ts：設備選擇時間，

TDi：通道傳送第i個數(shù)據(jù)所用的時間，其中有：i=l,2「??，n

Di：通道正在為第i臺設備服務，其中有：i=l,2,…，p

總共所需要的時間：TSELETE=(Ts/n+TD)-P-n

高華方學出為函社

?數(shù)組多路通道的數(shù)據(jù)傳送過程

數(shù)組多路通道連接P臺設備，每臺設備都傳送n個字節(jié)

????????????

TSTDITD2***TDkTSTDITD2…TDkTsTDk+l***TD2kTsTDn-k…TDn

????

DiD?????Di???DP

2____、

Trr

Ts：設備選擇時間，k：一個數(shù)據(jù)塊中的字節(jié)個數(shù)，

TDi：通道傳送第i個數(shù)據(jù)所用的時間，其中有：i=1,2,…,n

Dj：通道正在為第i臺設備服務，其中有：i=l,2，…,p

總共所需要的時間：TBLOCK=(Ts/k+TD)?P-n

唐華尢學出版社

4.3.5通道流量分析一

通道流量：單位時間內能夠傳送的最大數(shù)據(jù)量。

又稱通道吞吐率，通道數(shù)據(jù)傳輸率等。

通道最大流量：通道在滿負荷工作狀態(tài)下的流

量。

通道流量與連接在通道上的設備的數(shù)據(jù)傳輸率

的關系如下：

ppP

fBYFE=￡fiDELETE=fi/BLOCK=""fi

i=\z=1z=1

信：=S.華J力學出i

三種通道的最大流量計算公式:

/MAX.BYTE=------------------------=-------------字節(jié)/秒

(Ts+TD)?p?nTs+TD

p-n1

/MAX.SELETE=-----------------------------=------------------字節(jié)/秒

{Ts/n+TD}?p-nTs/n+TD

p-n1

/MAX.BLOCK------------------------------二------------------字節(jié)/秒

{Ts/k+TD)-p-nTs/k+TD

?為保證通道不丟失數(shù)據(jù)，通道的實際流量應

d、大于通道取大流里:IYTE-AX-BYTE

^SELETE-^MAX-SELETE^BLOCK-^MAXBLOCK

JLZJJ-LiI"L?、，j.M,

j4，7J，，'■?，，■j???fye*Ai~*o**^***?F(5r/vc*^，-*gy

例4.5：一個字節(jié)多路通道連接Dr力2、D3>D4>

D5共5臺設備，這些設備分別每10us、30us>

30us>50us和75us發(fā)出一次數(shù)據(jù)傳送請求。

(1)計算這個通道的實際流量和工作周期。

(2)如果這個字節(jié)多路通道的最大流量正好等

于通道實際流量，并假設數(shù)據(jù)傳輸率高的設

備，其優(yōu)先級也高。5臺設備在0時刻同時向

通道發(fā)出第一次傳送數(shù)據(jù)的請求，并在以后

的時間里按照各自的數(shù)據(jù)傳輸率連續(xù)工作。

畫出通道分時為各臺設備服務的時間圖，并

計算處理完各設備的第一次請求的時刻。

(3)從時間圖中發(fā)現(xiàn)什么問題？如何解決?一

解：

(1)通道的實際流量為：

fBYTE=(l/10+l/30+l/30+l/50+l/75)MB/S

=0.2MB/S

通道的工作周期為：

t=l/fBYTE

=5us

Y=匕一

t/7J，一JJI"-'—

通道處理完各設備這個第」次請求的時間:

款2>'二字出扳暹除加后?電JIM》目

(2)處理完各設備這個第一次請求的時間：

Dp5us；

D2：IOUS；

D3：20US；

D4：30USO

D5的第一次請求沒有響應，數(shù)據(jù)丟失。

(3)D5的第一次請求沒有得到響應的原因分析

對所有設備的請求時間間隔取最小公倍數(shù)，

在這一段時間內通道的流量是平衡的。

可以采取下列方誨一

方法一：增加通道的最大工作流量。例如，把

通道的工作流量增加到0.25MB/S（工作周期

為4〃s）o

方法二：動態(tài)改變設備的優(yōu)先級。例如，在

30%至70〃5之間臨時提高設備D5的優(yōu)先級。

方法三：增加緩沖存儲器。例如，只要為設備

D5增加一個數(shù)據(jù)緩沖寄存器，它的第一次請

求可以在第85〃s處得到響應，第二次請求可

以在第145〃s處得到響應。

4.4輸入輸出處理機

能夠獨立承擔輸入輸出工作的專用處理機

4.4.1輸入輸出處理機的作用

442輸入輸出處理機的種類

4.4.3輸入輸出處理機實例

高華方學出扳社

4.4.