计算机组成原理第五章输入输出系统详解.ppt

四、DMA 接口的类型 1. 选择型 在 物理上 连接 多个 设备 在 逻辑上 只允许连接 一个 设备 设备地址寄存器 控制状态寄存器 数据缓冲寄存器 主存地址寄存器 时序电路 字计数器 DMA接口 CPU 主存 设备 1 设备 2 设备 n 选 择 线 . . . 系统总线 5.6 DMA 方式 2. 多路型 在 物理上 连接 多个 设备 在 逻辑上 允许连接 多个 设备同时工作 设备 设备 设备 DMA 接口 CPU 主存 … 链式 设备 设备 设备 DMA 接口 CPU 主存 … 独立请求式 5.6 DMA 方式 3. 多路型 DMA 接口的工作原理 T4 T6 T7 T2 为磁盘 服务 T5 T8 T3 为磁带 服务 为打印 机服务 T1 5μs DMA 请求 打印机 t DMA 请求 DMA 请求 DMA 请求 45μs 磁带 t DMA 请求 DMA 请求 DMA 请求 DMA 请求 30μs 磁盘 t 5.6 DMA 方式 在前面介绍的几种实现输入输出数据传输的方法中，程序查询方式和中断方式的输入输出要求CPU的不断介入， 但它连接外设需要的硬件最少，主要适合于慢速的设备。在DMA方法中CPU可以从输入输出操作中解脱出来，而只需要对数据传输进行初始化和启动，它需要有相应的硬件支持，可用于高速的数据输入输出。这些方法广泛应用于微型和小型计算机系统中。在大型计算机以及网络服务器中则对输入输出有更高的要求，为了充分发挥CPU的作用， 需要有相应的外部设备控制器与之相辅。因为在这些计算机中连接着许多输入输出设备，其中包括字设备和块设备。 为每一个设备都配置一个专用的DMA控制器是不经济的。 而且多个DMA的并行工作还会使存储器的访问发生冲突。 因而必须在多个设备之间共享DMA控制器，这样就形成了输入输出通道的概念。通道是一个具有输入输出处理器控制的输入输出部件。通道控制器有自己的指令，即通道命令，能够根据程序控制多个外部设备并提供了DMA共享的功能，而DMA只能进行固定的数据传输操作 。 5.7 通道方式 一、通道的类型 　通道处理器本身可看作一个简单的专用计算机，它有自己的指令系统。通道处理器能够独立执行用通道命令编写的输入输出控制程序，产生相应的控制信号控制设备的工作。通道通过数据通路与设备的控制器进行通信。下图是通道结构的例子。采用这种结构的计算机中有两种总线：一种是存储器总线， 它承担CPU与内存、通道之间的数据传输任务；另一种是承担输入输出操作的总线，即通道总线。 5.7 通道方式 （一）、选择通道 　　 对于高速的设备，如磁盘等，要求较高的数据传输速度。对于这种高速传输，通道难以同时对多个这样的设备进行操作，只能一次对一个设备进行操作。这种通道称为选择通道，它与设备之间的传输一直维持到设备请求的传输完成为止，然后为其他外围设备传输数据。选择通道的数据宽度是可变的，通道中包含一个保存输入输出数据传输所需的参数寄存器。参数寄存器包括存放下一个主存传输数据存放位置的地址和对传输数据计数的寄存器。选择通道的输入输出操作启动之后，该通道就专门用于该设备的数据传输直到操作完成。选择通道的缺点是设备申请使用通道的等待时间较长。 5.7 通道方式 （二）数组多路通道 　 数组多路通道以数组(数据块)为单位在若干高速传输操作之间进行交叉复用。这样可减少外设申请使用通道时的等待时间。数组多路通道适用于高速外围设备，这些设备的数据传输以块为单位。通道用块交叉的方法，轮流为多个外设服务。当同时为多台外设传送数据时，每传送完一块数据后选择下一个外设进行数据传送，使多路传输并行进行。数组多路通道既保留了选择通道高速传输的优点，又充分利用了控制性操作的时间间隔为其它设备服务，使通道的功能得到有效发挥，因此数组多路通道在实际系统中得到较多的的应用。特别是对于磁盘和磁带等一些块设备，它们的数据传输本来就是按块进行的。而在传输操作之前又需要寻找记录的位置，在寻找的期间让通道等待是不合理的。数组多路通道可以先向一个设备发出一个寻找的命令，然后在这个设备寻找期间为其他设备服务。在设备寻找完成后才真正建立数据连接，并一直维持到数据传输完毕。因此采用数组多路通道可提高通道的数据传输的吞吐率。 5.7 通道方式 (三)、字节多路通道 字节多路通道用于连接多个慢速的和中速的设备，这些设备的数据传送以字节为单位。每传送一个字节要等待较长时间，如终端设备等。因此，通道可以以字节交叉方式轮流为多个外设服务，以提高通道的利用率。这种通道的数据宽度一般为单字节。它的操作模式有两种：字节交叉模式和猝发模式。在字节交叉模式中，通道操作分成较短的段。通道向