2007年度考试计算机系统结构第8章精讲

　第八章 输入/输出子系统

　　本章主要讲述输入/输出基本概念，包括总线类型、总线控制方式，中断系统的分类与分级，讲述通道处理机，包括通道工作原理，通道类型等。本章重点是总线控制方式的对比分析，通道类型及分析。

　　一、I/O子系统的主要特征（识记）

　　外设与计算机的连接方式有串行连接和并行连接两种。串行方式成本低，适合于单字节传送的设备。

　　输入/输出控制器在物理上可位于主处理机中或在输入输出设备中也可在这两者之间。输入输出系统发展经历在三个阶段：1.程序控制 2.直接存储器访问（DMA） 3.I/O处理机方式

　　二、I/O部件类型（识记）

　　输入/输出设备分为存储设备和传输设备两大类。本节的主要内容是磁盘的介绍，重点领会廉价冗余磁盘阵列RAID.

　　三、总线（领会）

　　总线是连接数字系统的信号线集。

　　总线的分类：

按数据传送方向 单向传输总线 双向传输总线 全双向 半双向 按用途 专用总线 共享总线 面向单机的 面向多机的 按数据线宽度 16位` 32位 64位 按层次 芯片级 板极 系统极的

　　总线连接若干个模块并用于传输信息，当多个模块试图同时控制总线操作时，需要通过总线裁决器决定由哪个模块控制总线。

　　总线的控制方式分两种：集中式控制和分布式控制。

　　总线控制机构基本集中在一起，不论是连接到总线的一个部件中，还是在单独的硬件中，都称为集中式控制。而总线的控制逻辑分散在连到总线的各个部件时，就称为分布式总线控制。这里只讲集中式总线控制。

　　当多个模块同时发出请求时，就由硬件来进行裁决，方式主要有串行链接式、定时查询式和独立请求等。

　　对照教材三个示意图，理解三种裁决方式的原理。

　　1、串行链接式：各模块的请求信号通过一条公共的请求线向总线控制器发出，若总线忙信号不存在，则总线控制器收到信号后对请求响应，通过总线可用信号线送出信号，这个信号串行地通过每个部件，若收到信号的部件未发出过总线请求时，则把信号往下一部件传递，若部件发送过总线请求，则该部件收到信号就不再往后传递，建立总线忙信号，并去除其"总线请求"信号，开始总线操作，完成数据传送后，部件除去总线忙信号，总线可用信号也随之去除。此后若有总线请求，则再次开始总线分配过程。

　　2.集中式定时查询方式。这里用到了一个计数器，根据计数器的值确定发出请求的部件。总线上的每个部件通过"总线请求"信号线发出请求后，若总线忙信号未建立，则控制器收到请求后让计数器开始计数（也就是按一定的顺序查询各个部件），若查询线上的计数值与发现请求的部件号一致时，该部件就建立总线忙的信号，计数器停止计数，中止查询。直到该部件总线操作完毕。

　　3、独立请求方式。这种方式中，各模块都各自有一对总线请求信号线和总线可用信号线，总线忙信号线则是公共的，各模块可以独立地向控制器发出总线请求。

　　这三种方式各自有优缺点，现将三种裁决方式作如下比较：

控制方式  主要特点  优点  缺点  串行链接  各模块的请求信号经过一条公共的请求线向总线控制器发出.各模块根据其固定的优先级别获得总线使用的机会. 总线裁决算法简单,控制线数少,而且与模块的数量无关,可扩充性好 灵活性差,不能由软件改变优先级.在优先级高的部件频繁使用总路线时,优先级低的模块可能很久得不到响应.又由于总线可用信号串行地通过各模块,延迟较大,总线分配的速度较低. 定时查询方式  由控制器轮流对各模块进行测试,看其是否有请求.查询时以计数方式向各模块发出一个计数值,根据计数值所对应的模块是否有请求信号来决定总线使用权的分配. 这种方式的优先级可以用程序控制,动态改变,灵活性较强;模块的故障不会影响总线的控制;
可靠性高. 控制线较多
较差的扩展性. 独立请求方式  各模块都有各自的一对总线请求和总线可用信号线,总线忙的信号是公共的.各模块独立地向控制器发出总线请求,总线控制

[1]