计算机系统结构第三章

29
二、通道处理机
为使通道所挂外部设备在满负荷工作时仍不丢失信息，应 使设备要求通道的实际最大流量不能超过通道的极限流量， 即流量设计应满足的基本要求是： 字节多路：fbyte ≤fmax.byte
数组多路：fblock≤fmax.block
选择： fselect≤fmax.select
30
二、通道处理机
②若在运行用户程序时，同时发生1、3级中断请求，而在1级 中断服务尚未完成时，又发生2、3、4、5级中断，请画出处理 机执行程序的全过程示意图。
15
一、中断系统
中断处理 中断级屏蔽位 程序级别 1级 2级 3级 4级 5级 第1级
中断处理 中断级屏蔽位 程序级别 1级 2级 3级 4级 5级 第1级 第2级 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1
画出通道处理机响应和处理完各外设请求的时间空间示意图。
本章的重点和难点
本章的重点是： 如何按中断处理优先次序的要求，设置各中断处理程序中 中断级屏蔽位的状态，正确画出中断处理过程的示意图；
通道的流量设计； 画出字节多路通道响应和处理完各外部设备请求的时空图。 本章的难点是： 无
5
一、中断系统 1 基本概念
断处理程序。
中断嵌套的原则：正在执行的中断处理程序，应当屏蔽
与之同级或比之低级的中断请求。
用户程序的级别最低，任何中断请求都能中断用户程序
的运行；
中断处理程序结束后，启用“从哪里来回那里去”机制。
9
一、中断系统 4 中断处理次序
为了能动态地调节中断处理程序实际执行完的次序，即中 断处理次序，在中断级请求源与中断响应排队器的入口端之间 又加设了一个中断级屏蔽位寄存器和相应的控制门电路硬件。
中断 屏蔽 位控 制器
1 0 0 1 0 1 2 3 4 5
CPU
235
排队器
2 3 5
中 断 源
12
一、中断系统 中断系统的解题关键
两个次序 一个原则 一个锦囊
13
一、中断系统 5 中断屏蔽位举例
中断处理 中断级屏蔽位 程序级别 1级 2级 3级 4级 第1级 第2级 0 1 0 0 0 1 0 1
235 2 3 5
CPU
排队器
中断 屏蔽 位控 制器
1 0 0 1 0
1 2 3 4 5
中 断 源
“0”表示屏蔽 “1”表示开放。
11
一、中断系统 4 中断处理次序
操作系统可以根据CPU正在执行的程序来修改中断级屏蔽 位的状况，来使中断处理(完)的次序符合我们所希望的次序。
设中断处理次序为：5 2 3 1 4
中断：CPU中止正在执行的程序，转去处理随机提出的请
求，处理完，在返回刚才的程序继续执行，这个过程叫中断。
中断系统：响应和处理各种中断的软硬件总体。 中断源：引起中断的各种事件。 中断请求：中断源向中断系统发出请求中断的申请。 中断响应：允许CPU 中止正在执行的程序，转去处理引起
中断的各种事件。
18
二、通道处理机 1、通道处理机进行输入/输出的过程
在多用户应用环境下，应用程序要想进行一次输入/输出，可在目态程 序中安排要求进行输入/输出的访管指令，并带上所用之设备号、设备与主 存要交换的字节数、与主存交换信息的起始地址等参数。 CPU执行到访管指令时，按其提供的入口地址，将管理程序调出来执 行。此管理程序的任务是利用所带的参数来编制通道程序。 在通道程序编好且存入主存中某个通道缓冲区时，就置好相应的通道 地址字。当管理程序执行到“启动I/O”的管态指令时，发出启动命令。当 设备被成功启动之后，CPU就退出管态，返回目态去执行其它的用户程序。 此时，通道进入了“通道数据传送”期。 被启动的通道开始执行存放于通道缓冲区中的通道程序来具体组织I/O 操作，完成了通道程序后，又向CPU发出I/O中断请求。CPU在响应I/O中断 请求后，第二次进入管态，调出相应的管理程序，进行善后登记和处理后， 又重新返回目态。这样，一次输入/输出的过程中，CPU只需要二次进入管 态，使之减少了输入/输出对目态程序的干扰，也使CPU和外部设备及多台 设备之间可以并行地工作。
计算机系统结构
第三章 总线中断与输入输出系统
概
述
本章着重讲述
输入输出系统基本概念； 总线设计； 中断的分类与分级； 中断响应次序；
中断处理次序；
I／O系统中的通道处理机工作原理和流量设计；
本章的基本要求 关于中断系统的基本要求
领会为什么要将中断源分成不同的类和级； 领会设置中断级屏蔽位的作用； 掌握中断嵌套的基本原则。 熟练掌握按所要求的中断处理次序来设置各中断处理程序
中断处理是通过具体执行中断服务程序来对中断源进行处
理的过程。
6
一、中断系统
2 中断的分类和分级
一般的高性能系统，系统的中断源个数可能多达数十甚 至数百个，为简化硬件的复杂度，宜将性质接近的中断源分 成类。 不同类的中断，就要根据中断类的性质、紧迫性、全局 性、重要性及软件处理的方便性等，再将它们分成不同的中 断响应优先级，让级别高的中断类能优先得到响应。
31
二、通道处理机
设备号 工作速率（B/ms） 二次请求的间隔时间（μs）
1 50
2 50
3 40
4 25
5 25
6 10
设备号 工作速率（B/ms） 二次请求的间隔时间（μs）
1 50 20
2 50 20
3 40 25
4 25 40
5 25 40
6 10 100
32
二、通道处理机
例2 设通道在数据传送期中，选择设备需4.9μ s，传送一个字 节数据需0.1μ s。 (1)其低速设备每隔250μ s发出一个字节数据传送请求，问 最多可接多少台这种设备?
7
一、中断系统 2 中断的分类和分级 一般在安排中断类响应的优先级时，采用如下方式： 第1级：机器校验类中断； 第2级：程序性中断和管理程序调用类中断； 优先级最高
第3级：外部中断；
第4级：输入输出类中断； 第5级：重新启动中断。 优先级最低
8
一、中断系统 3 中断嵌套的原则
中断嵌套指的是新的中断请求中断了CPU正在执行的中
② 各设备轮流传送；
③ 设备要传送n字节数据，需经[n/k]次申请使用通道总线； ④ t=p·(Ts+kTD)·[n/k] ⑤ 适用于连接多台高速设备，如磁盘，k=512B，一般地k<n； ⑥ 通道的数据宽度为k字节。
24
二、通道处理机
25
二、通道处理机
① 选中一台设备后，设备独占通道，传送外所有数据后释放才 总线； ② 各设备轮流传送； ③ 设备要传送n字节数据，只需1次申请使用通道总线；
(2)若有A～E共5种高速设备，要求字节传送的间隔时间如 下表所示，其时间单位为μ s。若一次通信传送的字节数不少 于1024个字节，问哪些设备可挂在此通道上?哪些则不能?
设 备 间隔时间(μs) A 0.13 B 0.1 C 0.11 D 0.2 E 0.3
33
二、通道处理机
2）有8台外设，各设备要求传送信息的工作速率分别如下表 所示。设通道数据传送其内，选择一次设备需1/μs，每传送 一个字节数据也需要1/μs。现采用数组多路通道，定长块大 小为512B。 (1)通道工作时的极限流量是多少? (2)哪些设备可挂在此通道上?为什么?
④ t=p·(Ts+nTD)
⑤ 适用于连接优先级高的高速设备； ⑥ 通道的数据宽度为n字节。
26
二、通道处理机
27
二、通道处理机
3 通道的流量设计 通道流量是指通道在“通道数据传送”期间，单位时间里 传送的字节数。 极限流量：通道所能达到的最大流量。 字节多路：fmax.byte＝l／(Ts+TD)
第2级
第3级 第4级
第3级
第4级 第5级
1
0 0
0
0 0
1
0 0
1
1 1
1
0 1
第5级
16
一、中断系统 2）机器有五级中断，中断级屏蔽位“1”表示开放，“0”表 示屏蔽；中断响应次序为1-2-3-4-5，各级中断处理程序的中 断级屏蔽位设置如下表所示。 ①中断处理次序为什么？
②若在运行用户程序时，同时发生4、5级中断请求，而在5级 中断服务尚未完成时，又发生1、2、3级中断，请画出处理机 执行程序的全过程示意图。 中断处理 中断级屏蔽位
21
二、通道处理机
① 选中一台设备后，设备只传送1字节数据就释放总线； ② 各设备轮流传送； ③ 设备要传送n字节数据，需经n次申请使用通道总线； ④ t=n·p·(Ts+TD) ⑤ 适用于连接大量的低速设备；
⑥ 通道的数据宽度为单字节。
22
二、通道处理机
23
二、通道处理机
① 选中一台设备后，设备只传送k字节成组数据，然后释放总线；
数组多路: fmax.block＝k/(Ts+kTD)=1／(Ts／K+TD)
选择: fmax.select＝n/(Ts+nTD)=1／(Ts／n+TD)
28
二、通道处理机
如果通道上所挂 n 台设备都被启动，则设备对通道要求的实 际流量分别为：
①字节多路通道的流量应当是所挂各台设备的速率之和，即 fbyte=f1+f2+……+fn ②数组多路通道和选择通道的流量都是所挂设备中速率最高 者，即 fblock= max（ f1，f2，……，fn） fselect =max（ f1，f2，……，fn）
用户程序
①②③④
中断处理程序 1 2 3 4
第3级
第4级
1
1
0
0
0
0
1
0