3. 存储、中断、总线与输入/输出系统

理解

一、并行主存系统的组织形式、极限频宽和实际频宽的关系

1.组织形式

单体多字：同时读单存储器的n位

多体单字：由许多容量较小、字长较短的存储器片子组搭而成的大容量半导体主存，每个存储片子都有其自己的外围电路

• M_j体的编制模式位m × i + j，m为模体总数量
• 每个访问周期平均能访问到的次数 B = （1 - （ 1 - λ ）^m ） / λ

多体多字

2.关系

实际频宽不到最大频宽的1/3

• 程序指令中存在转移
• 数据的顺序性比指令差
• 模m越高，传输延迟越大（存储器数据总线越长，总线上并联的负载越重）

二、通过使用主存的组成技术提高主存实际频宽的可能性、局限性和发展存储体系的必要性

三、中断源的分类和分级的原因。理解中断响应次序、中断处理次序和中断处理完成次序的概念。

1.中断源分类

原因：减少中断处理程序的入口，每一类给一个中断服务程序总入口，可以减少中断服务程序入口地址形成的硬件数量

中断：

• 机器校验：设备故障
• 访管：需要操作系统介入
• 程序性：指令和数据格式错、程序执行中出现异常
• 外部
• 输入/输出
• 重新启动

2.中断源分级

原因：当多个中断源同时发生中断请求时，CPU只能先相应和处理其中优先级相对高的中断请求，因此需要对中断源的相应和处理安排一个优先次序

分级：

1. 机器校验
2. 程序性和管理程序调用
3. 外部
4. 输入/输出
5. 重新启动

3.中断响应次序

同时发生多个不同中断类的中断请求时，中断响应硬件中的排队器所决定相应次序

4.中断处理次序

处理中断请求的次序

四、非专用总线的3种总线控制方式的总线分配过程、优缺点及所需增加的辅助控制总线数。

1.串行链接

优点：

• 算法简单，控制线少只需3根：总线可用、总线请求、总线忙
• 部件增减容易，可扩充性好
• 逻辑简单，容易通过重复设置提高可靠性

缺点：

• 失效敏感
• 优先级用线连固定，不灵活
• 限制了总线的分配速度
• 因为总线长度的的限制，增减或移动部件受到限制

2.定时查询

优点：

• 计数初值、部件号均由程序设定，优先次序用程序控制，灵活性强
• 不会因某部件失效影响其他部件，可靠性高

缺点：

• 控制线数目多：[2+ lb N ]根
• 部件数受限于定时查询线的线数（编制能力）
• 控制较为复杂
• 总线分配速度取决于技术信号的频率和部件数

3.独立请求

优点：

• 总线分配速度快，不用查询
• 控制器可以灵活确定下一个使用总线的部件
• 方便隔离失效不见得请求

缺点：

• 控制线数量过大，需要 2N+1根
• 总线控制器夫大得多

五、总线采用同步和异步通信方式的通信过程、优缺点和适用场合。

1.同步通信

优点：

• 传送速率高
• 受总线长度影响小

缺点：

• 时钟在总线上的时滞可能造成同步误差
• 时钟线上的干扰信号易引起误同步

2.异步通信

异步双向互锁方式:

• 适应不同速度的I/O设备
• 保证数据传送的正确性
• 较高的数据传送速率
• 控制硬件复杂
• 适用于I/O总线

六、I/O系统的三种方式中处理机的两种处理方式。

1.通道方式

2.外围处理机方式

七、外围处理机的工作原理以及它与通道处理机的不同。

掌握

一、按中断处理次序设置各中断处理程序中中断屏蔽位的状态🌟

根据题目确定屏蔽是0还是1

二、正确画出多种中断申请时，CPU执行程序时的状态转移过程示意图🌟

三、专用和非专用总线的定义、优缺点和适用场合

1.专用总线

定义：只连接一对物理部件的总线

优点：

• 多个部件可以同时收/发信息，不争用总线，系统流量高
• 通信不用指明源和目的，控制简单
• 总线失效影响校，系统可靠

缺点：

• 总线数多，总线较长时成本相当高
• 时间利用率低
• 不利于系统模块化

适用场合：某个设备仅与另一个设备的连接

2.非专用总线

定义：被多种功能或多个部件分时共享，同一时间只有一对部件可使用总线进行通信

优点：

• 总线数少，造价低
• 总线接口标准化，模块性强
• 可扩充能力强，部件的增加不会使电缆、接口和驱动电路激增
• 易用多重总线来提高总线带宽和可靠性，使故障弱化

缺点：

• 系统流量小，经常出现总线争用
• 可能限制系统速度性能
• 共享总线失效会导致系统瘫痪

适用场合：I/O系统

四、通道方式I/O处理机进行输入/输出工作的全过程及通道处理机的工作原理

定义：具有输入输出处理控制的输入输出部件，有自己的指令即通道命令，能执行有限输入输出指令，同时管理多台I/O设备的小型专用DMA处理机。负担原来CPU对外部设备的管理、控制和大部分输入输出工作。

功能：

• 接收CPU的I/O指令，选择对应I/O设备与通道连接
• 执行CPU为通道组织的通道程序
• 计算I/O设备的有关地址
• 给出主存缓冲区的起始地址
• 控制I/O设备与MM间的数据交换
• 指定I/O操作结束时，要执行的善后操作，如中断
• 检查外围设备的工作状态
• 实现I/O设备和MM间的数据格式转换

过程：

1. 在用户程序中使用访管指令进入OS管理程序，由OS管理程序编制一个通道程序，并启动通道
2. 通道处理机执行CPU为它组织的通道程序， 完成指定的数据输入输出工作。
3. 通道程序结束后向CPU发中断请求。CPU相应这个中断请求后，第二次进入操作系统，调用管理程序对输入输出中断请求进行处理

五、字节多路、数组多路和选择三种通道各自采用的数据宽度及适用的场合。

字节多路：

• 单字节
• 大量字符类低速设备

数组多路：

• 定长块
• 多台高速磁盘存储器

选择

• 不定长块
• 高优先级的高速磁带或磁盘设备

六、处理机和I/O系统的流量计算和分析，字节多路通道流量的计算、通道周期的设计。

• P：通道所挂设备数；
• T_S：通道每选择一次设备的时间；
• n：每台设备传送的字节数；
• T_D：每传送一个字节的时间；
• K：数组多路通道的定长块的大小

**七、准确画出通道处理机响应和处理完各外设请求的时空示意图。**🌟