计算机系统结构第三章

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。
工作速率（Kb/s） 1000 480 200 150 100 80 28 20
中中断级屏蔽位的状态，并正确画出发生多种中断级请求时， CPU执行程序时的状态转移过程示意图。
本章的基本要求
关于通道处理机的基本要求
✓了解采用通道处理机的目的。 ✓掌握字节多路、数组多路和选择三类通道的工作原理； ✓了解三种通道各自的适用场合。 ✓熟练掌握通道处理机和I／O系统的流量设计与分析。 ✓掌握字节多路通道流量的计算和通道工作周期的设计，能
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二、通道处理机
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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； 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。
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二、通道处理机
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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；
优先级最高
第2级：程序性中断和管理程序调用类中断；
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
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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
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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?
设备号
1 2345678
例1 某字节交叉多路通道连接6台设备，其数据传送速率如 下表所示。 (1)在表中填出设备相应二次请求传送字节的间隔时间。 (2)当所有设备同时要传送数据时，求其对通道要求的总流 量fbyte。 (3)让通道以极限流量fmax·byte＝ fbyte 的工作周期工作，通 道的工作周期是多少? (4)让通道中所挂设备速率越高的，数据传送请求被响应的 优先级越高。画出6台设备同时发请求到下次同时发请求期 间里，通道响应和处理完各设备请求时刻的示意图。哪个 设备丢失了信息?提出一种不丢失信息的解决办法。
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二、通道处理机
2、通道的分类及相应的数据宽度 在通道的数据传送期内，根据信息传送所采取的方式不同，
通道又可被分为字节多路、数组多路和选择3类。
设通道所连接的p台设备均已启动，且在数据传送期内，选 择使用当前通道总线来传送数据的设备所需要的时间为Ts，通 道传送一个字节数据所需要的时间为TD，则每台设备都要传送n 个字节数据时的工作时间示意图如下所示：
(1)其低速设备每隔250μs发出一个字节数据传送请求，问 最多可接多少台这种设备?
(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μs。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
A
B
C
D
E
间隔时间(μs) 0.13 0.1 0.11 0.2 0.3
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。
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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。
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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。
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二、通道处理机
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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； 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。
“0”表示屏蔽 “1”表示开放。 处理次序：1-4-3-2
用户程序
①②③④
中断处理程序 1234
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一、中断系统
6 中断系统应用题 1）机器有五级中断，中断响应次序为1-2-3-4-5，现要求中断 处理次序为2-3-1-5-4 。 ①设计各级中断处理程序的中断级屏蔽位，令“0”表示开放， “1”表示屏蔽； 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。
CPU
2 3 5 排队器
2 中断 3 屏蔽 5 位控
制器
1 0 0 1 0
“0”表示屏蔽
“1”表示开放。
1 2 3
中 断
4源
5
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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
1 基本概念
✓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Biblioteka Baidu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 0 0 0 0 0
第2级 1 0 1 1 1
第3级 1 0 0 0 0
第4级 1 0 1 0 1
第5级 1 0 1 0 0
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一、中断系统
3）机器有五级中断，中断响应次序为1-2-3-4-5，现要求 中断处理次序为3-5-2-4-1 。 ①设计各级中断处理程序的中断级屏蔽位，令“1”表示开 放，“0”表示屏蔽； 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。
2020年4月12日5时22分 第三章 总线中断与输入输出系统
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二、通道处理机
要求进行输入/ 输出的访管指令
CPU
目态 （运行目态程序）
响应I/O中断请求
管态（运行 I/O管理程序）
编制通 道程序
通道
运行存放在主存 中的通道程序
时间轴
启动I/O指令
组织I/O 操作
I/O操作结束后，向 CPU发I/O中断请求
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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
第2级
第3级
第4级
第5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 1 0 0 1 1
第2级 1 1 1 1 1
第3级 1 0 1 1 1
第4级 0 0 0 1 0
第5级 0 0 0 1 1
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一、中断系统
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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）
CPU
2 3 5 排队器
2 3
中断 屏蔽
5 位控
制器
1 0 0 1 0
1 2
中
3断
4源
5
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一、中断系统
4 中断处理次序
中断级屏蔽字寄存器中的每一个中断级屏蔽位可以控制让 相应等级的中断请求能否进入中断响应排队器去参加排队。只 要能进入中断响应排队器的中断请求，总是让其中级别相对高 的优先得到响应。
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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。
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二、通道处理机
设备号
1
工作速率（B/ms）
50
二次请求的间隔时间（μs）
23456 50 40 25 25 10
设备号
1
工作速率（B/ms）
50
二次请求的间隔时间（μs） 20
23456 50 40 25 25 10 20 25 40 40 100
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二、通道处理机
例2 设通道在数据传送期中，选择设备需4.9μs，传送一个字 节数据需0.1μs。
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
CPU
2 3 5 排队器
2 3
中断 屏蔽
5 位控
制器
1 0 0 1 0
1 2 3
中 断
4源
5
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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
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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 0 0 0 0 第2级 1 0 1 1 第3级 1 0 0 1 第4级 1 0 0 0
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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
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二、通道处理机
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。
中断的各种事件。
✓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。
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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。
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)
数组多路: fmax.block＝k/(Ts+kTD)=1／(Ts／K+TD)
选择:
fmax.select＝n/(Ts+nTD)=1／(Ts／n+TD)
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
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一、中断系统