第 3章 总线、中断与输入输出系统
3.1输入输出系统概述
1,系统设计的及透明性组成,输入输出系统设备、设备控制器及相关的软硬件设计,软件 硬件两个方面 面向操作系统透明性,对于应用程序员透明第 3章 总线、中断与输入输出系统
3.1输入输出系统概述
2,输入输出系统的主要功能功能,对指定的外设进行输入输出操作,并完成其他管理和控制,确定设备、主存存储区，
建立连接，发送数据，格式转换，形成状态控制信息，通过中断系统传送给操作系统处理和分析操作系统的 I/O功能第 3章 总线、中断与输入输出系统
3.1输入输出系统概述
3,输入输出系统的发展与分类
程序控制无条件 条件传送（程序查询） 中断
存储器直接存取（ DMA）方式
I/O处理机方式通道 [处理机 ]
外围处理机
3.2 总线设计
3,2.1 总线的类型
1.专用总线 只连接一对物理部件的总线优点,速度快 控制简单 可靠性强缺点,总线数目多 利用率低
2.非专用总线特点
3.I/O系统宜采用非专用总线
3.2.2 总线的控制方式
1.类别,
集中式控制方式,总线的控制逻辑基本上集中放在一起的方式,
分布式控制方式,总线的控制逻辑分散于连到总线的各个部件中的方式,
2.集中式控制方式的种类
集中式串行链接方式
集中式定时查询方式
集中式独立请求方式
应用范围,后两种用于巨、大、中型机,第一种用于小、微型机
3.2.3 总线的通信技术类别,同步方式 异步方式
1.同步通信,两个部件之间的信息传送是通过定宽、定距的系统时标进行同步的。
2.异步通信
单向控制方式源控式 目控式
双向控制方式非互锁方式互锁方式
3,I/O总线最常用的种类,异步 双向互锁方式
3.2.4 数据宽度与总线线数
1.数据宽度定义,I/O设备取得 I/O总线使用权后所传送数据的总量。
种类
单字 /字节
定长块
可变长块
单字加定长块
单字加可变长块
3.2.4 数据宽度与总线线数
2.总线的线数总线的构成,收 /发电路传输导线 /电缆、接插部件及电源。
压缩总线线数的必要性压缩总线的方法
线的组合方法：一根半双向替代二根单向线
编码方法：线数为,log2N（向上取整）
并 /串 –串 /并转换方法
举例
总线的流量设计：外设数量、种类、传输信息方式与速率
3.3 中断系统
3.3.1 中断的分类和分级
1.术语,中断源 中断请求 优先级新 /旧 PSW(Program Status Word)
中断处理程序 中断处理程序入口
2.中断的分类
必要性,解决中断源数量过多和级别问题
CPU的状态,运行状态 停止状态
典型分类 (IBM 370),
机器校验 (64) 管理程序调用 (8) 程序性 (16)
外部 (16) 输入输出 (16) 重新启动
PSW的作用,中断码指明具体中断原因
PSW的位置,当前 PSW在 CPU,其他在主存
3.3 中断系统
3.3.1 中断的分类和分级
2.中断的分类中断与异常异常（ Exception）,由执行现行指令引起暂停事件,如运算异常、页面失效等。
异常的分类
自陷（ Trap） 从产生自陷的指令下一条开始
故障（ Fault） 重复执行发生故障的指令（指令复执）
失败（ Abort）需要强行干预
2.中断的分级中断分级的原因,由于出现同时发生多个不同类型的中断请求，需要根据中断的紧迫性、重要性以及软件的处理的方便性个将其分为若干不同的级别。
分级
第一级：机器校验
第二级：程序性与管理程序调用
第三级：外部
第四级：输入输出
第五级：重新启动（具有特殊性）
第 0级：不可排除的故障
2.中断的分级
IBM370的中断分级
紧急的机器校验
程序性与管理程序调用
可抑制的机器校验
外部
输入输出
重新启动
3.中断响应与 中断 处理中断屏蔽字及其作用
用途,决定是否让某级中断请求进入中断排队电路，以改变中断响应的优先级别。
位置,在 PSW中，当前 PSW在 CPU，其它程序的
PSW在主存。
数量,每级各一个
位数,与级别数量相同中断 处理次序的改变举例
3.3.2 中断系统的软硬件功能分配中断系统的功能中断请求的优先级确定中断响应中断断点与现场的保存中断处理与返回软、硬件功能分配的实质中断 处理程序和中断响应硬件的功能分配
3.3.2 中断系统的软硬件功能分配中断现场分类及保存
软件状态作业名称及级别，上下界，软件标志等通常在主存中，数量不确定，与操作系统有关。
硬件状态
PC内容，条件码、各类控制寄存器及通用寄存器内容，
以 PSW的形式体现，类别比较确定
3.3.2 中断系统的软硬件功能分配中断现场分类及保存
保存方式,软件状态由 中断 处理程序，硬件状态可以由硬件实现，或由软件和硬件结合的方法实现
PSW的位数与机器的中断响应时间的关系
通用寄存器内容的保存硬件实现中断 处理程序实现成组传送指令的设置寄存器重叠窗口技术
3.4 通道处理机通道处理机产生,IBM 360/370
3.4.1 工作原理
1,输入输出系统功能的调用广义指令作用参数,设备 主存储区 交换数据量通道程序及作用组成,通道指令组成产生,操作系统生成通道程序地址字单元,通道程序入口地址通道缓冲区,存储通道程序
2,通道的工作过程
3.通道的分类字节多路通道,低速，并行数组多路通道,高速,各子通道分时共享 I/O通道,
成组交叉传送,数据宽度为定长块选择通道,高速设备,具有独占性,只能执行一道通道程序,数据宽度为可变长块
IBM 370 的通道系统
3.4.2 通道的流量分析通道的流量,通道在数据传送期间内,单位时间传送的字节数通道极限流量,通道能够达到的最大的流量通道的实际最大流量流量设计的基本原则实际最大流量不超过极限流量流量利用率举例
3.5 外围处理机（ Peripheral Processor Unit）
通道的限制外围处理机的工作原理
3.1输入输出系统概述
1,系统设计的及透明性组成,输入输出系统设备、设备控制器及相关的软硬件设计,软件 硬件两个方面 面向操作系统透明性,对于应用程序员透明第 3章 总线、中断与输入输出系统
3.1输入输出系统概述
2,输入输出系统的主要功能功能,对指定的外设进行输入输出操作,并完成其他管理和控制,确定设备、主存存储区，
建立连接，发送数据，格式转换，形成状态控制信息，通过中断系统传送给操作系统处理和分析操作系统的 I/O功能第 3章 总线、中断与输入输出系统
3.1输入输出系统概述
3,输入输出系统的发展与分类
程序控制无条件 条件传送（程序查询） 中断
存储器直接存取（ DMA）方式
I/O处理机方式通道 [处理机 ]
外围处理机
3.2 总线设计
3,2.1 总线的类型
1.专用总线 只连接一对物理部件的总线优点,速度快 控制简单 可靠性强缺点,总线数目多 利用率低
2.非专用总线特点
3.I/O系统宜采用非专用总线
3.2.2 总线的控制方式
1.类别,
集中式控制方式,总线的控制逻辑基本上集中放在一起的方式,
分布式控制方式,总线的控制逻辑分散于连到总线的各个部件中的方式,
2.集中式控制方式的种类
集中式串行链接方式
集中式定时查询方式
集中式独立请求方式
应用范围,后两种用于巨、大、中型机,第一种用于小、微型机
3.2.3 总线的通信技术类别,同步方式 异步方式
1.同步通信,两个部件之间的信息传送是通过定宽、定距的系统时标进行同步的。
2.异步通信
单向控制方式源控式 目控式
双向控制方式非互锁方式互锁方式
3,I/O总线最常用的种类,异步 双向互锁方式
3.2.4 数据宽度与总线线数
1.数据宽度定义,I/O设备取得 I/O总线使用权后所传送数据的总量。
种类
单字 /字节
定长块
可变长块
单字加定长块
单字加可变长块
3.2.4 数据宽度与总线线数
2.总线的线数总线的构成,收 /发电路传输导线 /电缆、接插部件及电源。
压缩总线线数的必要性压缩总线的方法
线的组合方法：一根半双向替代二根单向线
编码方法：线数为,log2N（向上取整）
并 /串 –串 /并转换方法
举例
总线的流量设计：外设数量、种类、传输信息方式与速率
3.3 中断系统
3.3.1 中断的分类和分级
1.术语,中断源 中断请求 优先级新 /旧 PSW(Program Status Word)
中断处理程序 中断处理程序入口
2.中断的分类
必要性,解决中断源数量过多和级别问题
CPU的状态,运行状态 停止状态
典型分类 (IBM 370),
机器校验 (64) 管理程序调用 (8) 程序性 (16)
外部 (16) 输入输出 (16) 重新启动
PSW的作用,中断码指明具体中断原因
PSW的位置,当前 PSW在 CPU,其他在主存
3.3 中断系统
3.3.1 中断的分类和分级
2.中断的分类中断与异常异常（ Exception）,由执行现行指令引起暂停事件,如运算异常、页面失效等。
异常的分类
自陷（ Trap） 从产生自陷的指令下一条开始
故障（ Fault） 重复执行发生故障的指令（指令复执）
失败（ Abort）需要强行干预
2.中断的分级中断分级的原因,由于出现同时发生多个不同类型的中断请求，需要根据中断的紧迫性、重要性以及软件的处理的方便性个将其分为若干不同的级别。
分级
第一级：机器校验
第二级：程序性与管理程序调用
第三级：外部
第四级：输入输出
第五级：重新启动（具有特殊性）
第 0级：不可排除的故障
2.中断的分级
IBM370的中断分级
紧急的机器校验
程序性与管理程序调用
可抑制的机器校验
外部
输入输出
重新启动
3.中断响应与 中断 处理中断屏蔽字及其作用
用途,决定是否让某级中断请求进入中断排队电路，以改变中断响应的优先级别。
位置,在 PSW中，当前 PSW在 CPU，其它程序的
PSW在主存。
数量,每级各一个
位数,与级别数量相同中断 处理次序的改变举例
3.3.2 中断系统的软硬件功能分配中断系统的功能中断请求的优先级确定中断响应中断断点与现场的保存中断处理与返回软、硬件功能分配的实质中断 处理程序和中断响应硬件的功能分配
3.3.2 中断系统的软硬件功能分配中断现场分类及保存
软件状态作业名称及级别，上下界，软件标志等通常在主存中，数量不确定，与操作系统有关。
硬件状态
PC内容，条件码、各类控制寄存器及通用寄存器内容，
以 PSW的形式体现，类别比较确定
3.3.2 中断系统的软硬件功能分配中断现场分类及保存
保存方式,软件状态由 中断 处理程序，硬件状态可以由硬件实现，或由软件和硬件结合的方法实现
PSW的位数与机器的中断响应时间的关系
通用寄存器内容的保存硬件实现中断 处理程序实现成组传送指令的设置寄存器重叠窗口技术
3.4 通道处理机通道处理机产生,IBM 360/370
3.4.1 工作原理
1,输入输出系统功能的调用广义指令作用参数,设备 主存储区 交换数据量通道程序及作用组成,通道指令组成产生,操作系统生成通道程序地址字单元,通道程序入口地址通道缓冲区,存储通道程序
2,通道的工作过程
3.通道的分类字节多路通道,低速，并行数组多路通道,高速,各子通道分时共享 I/O通道,
成组交叉传送,数据宽度为定长块选择通道,高速设备,具有独占性,只能执行一道通道程序,数据宽度为可变长块
IBM 370 的通道系统
3.4.2 通道的流量分析通道的流量,通道在数据传送期间内,单位时间传送的字节数通道极限流量,通道能够达到的最大的流量通道的实际最大流量流量设计的基本原则实际最大流量不超过极限流量流量利用率举例
3.5 外围处理机（ Peripheral Processor Unit）
通道的限制外围处理机的工作原理
