浅谈通道与外围处理机技术

浅谈通道与外围处理机技术

作者署名：xxxxx 班级：xxxxxx 学号：xxxxx

所在院系：xxxxxxxx 指导老师：xxxx

摘要：

对于I/O处理机方式有可有通道（Channel）方式和外围处理机方式（PPU）。在通道方式中，通道可看做“处理机”，它有自己的指令系统（通道指令）和程序（通道程序），而外围处理机是多处理机系统中专门执行输入、输出和其他操作的处理机。具有与主机并行处理数据的能力。能向系统主机输出数据，并从系统主机输入数据，进行处理和控制，从而提高整个多处理机系统的运算能力和灵活性。

关键词：通道；外围处理机。

一、研究背景及动态

1、通道的功能

DMA控制器的出现已经减轻了CPU对数据输入输出的控制、使得CPU的效率合显著的提高．而通道的出现则进一步提高了CPU的效率．这是因为通道是一个特殊功能的处理器．它有自己的指令和程序专门负责数据输入输出的传输控制．而CPU将“传输控制”的功能下放给通道后只负责“数据处理”功能．这样．通道与CPU分时使用内存，实现了CPU内部运算与I/O设备的平行工作．这种结构与前述的单总线结构机器不同，它具有两种类型的总线．一种是存储总线，它承担通道与内存、CPU与内存之间的数据传输任务．另一种是通道总线，即I/O总线，它承担外围设备与通道之间的数据传送任务．这两类总线可以分别按照各自的时序同时进行工作．

由CAI演示看出，通道总线可以接若干个设备控制器，一个设备控制器可

以接一个或多个设备。因此，从逻辑结构上讲，I/O系统一般具有四级连接：CPU与内存<-->通道<-->设备控制器<-->外围设备

为了便于通道对各设备的统一管理，对同一系列的机器，通道与设备控制

器之间都有统一的标准接口，设备控制器与设备之间则根据设备要求不同而采用专用接口。

另一方面，具有通道的机器一般是大、中型计算机，数据流通量很大。如

果所有的I/O设备都接在一个通道上，那么通道将成为限制系统效能的细脖子。因此大、中型计算机的I/O系统一般接有多个通道。当然，设立多个通道的另一好处是，对不同类型的I/O设备可以进行分类管理。

存储管理部件是内存的控制部件，它的主要任务是根据事先确定的优先次序，决定下一周期由哪个部件使用存储总线访问内存。

(1)接受CPU的I/O指令，按指令要求与指定的外围设备进行通信。

(2)从内存选取属于该通道程序的通道指令，经译码后向设备控制器和设备发送各种命令。

(3)组织外围设备和内存之间进行数据传送，并根据需要提供数据缓存的空间，以及提供数据存入内存的地址和传送的数据量。

(4)从外围设备得到设备的状态信息，形成并保存通道本身的状态信息，根据要求将这些状态信息送到内存的指定单元，供CPU使用。

(5)将外围设备的中断请求和通道本身的中断请求，按次序及时报告CPU。

通道的基本功能，是执行通道指令，组织外围设备和内存进行数据传输，按I/O指令要求启动外围设备，向CPU报告中断等，具体有以下五项任务：

设备控制器的具体任务如下：

(1) 从通道接受通道指令，控制外围设备完成所要求的操作；

(2) 向通道反映外围设备的状态；

(3) 将各种外围设备的不同信号转换成通道能够识别的标准信号。

2、通道的类型

根据通道的工作方式，通道分为选择通道、数组多路通道、字节多路通道个系统可以兼有三种类型的通道，也可以只有其中一、二种．

（一）选择通道

选择通道又称高速通道，在物理上它可以连接多个设备，但是这些设备不能同时工作，在某一段时间内通道只能选择一个设备进行工作。选择通道很像一个单道程序的处理器，在一段时间内只允许执行一个设备的通道程序，只有当这个设备的通道程序全部执行完毕后，才能执行其他设备的通道程序。

选择通道主要用于连接高速外围设备，如磁盘、磁带等，信息以成组方式高速传输。由于数据传输率很高，可以达到1.5MB/s，即0.67μs传送一个字节，通道在传送两个字节之间已很少空闲，所以在数据传送期间只为一台设备服务是合理的。但是这类设备的辅助操作时间很长,在样长的时间里通道处于等待状态，

因此整个通道的利用率不是很高。

（二）、数组多路通道

基本思想：当某设备进行数据传送时，通道只为该设备服务；当设备在执行寻址等控制性动作时，通道暂时断开与这个设备的连接，挂起该设备的通道程序，去为其他设备服务，即执行其他设备的通道程序。所以数组多路通道很像一个多道程序的处理器。

(三）、字节多路通道

字节多路通道主要用于连接大量的低速设备，如键盘、打印机等等。例如数据传输率是1000B/s，即传送1个字节的间隔是1ms，而通道从设备接收或发送一个字节只需要几百纳秒，因此通道在传送两个字节之间有很多空闲时间，字节多路通道正是利用这个空闲时间为其他设备服务。

二、评述

前面我们已经知道了，在通道方式中，通道时可以看做为“处理机”，每条通道在治疗为输入/输出规定一定的动作，对外设进行控制，发出诸如读、写等命令，给出交换信息的主存起始地址及交换的字数等。通过链接标志将多余通道指令构成通道程序来控制输入/输出，它与CPU可以并行工作。通道还能代替CPU对多个设备的信息传输进行分时管理，在主存和外设信息交换能对输入/输出系统出现的某些情况进行处理。

然而通道指令的功能较简单，使用面窄，一般只具有面向外设控制和数据传送的指令。通道程序又是存在主存中的，通道内部只有小容量存储器用于缓冲数据。所以，通道并不是独立的外围处理机。外围处理机则是一种独立性、通用性和功能都较强的处理机。

通道结构的进一步发展，出现了两种计算机I/O系统结构：

1、一种是通道结构的I/O处理器

通常称为输入输出处理器（IOP）．IOP可以和CPU并行工作，提供高速的DMA处理能力，实现数据的高速传送．但是它不是独立于CPU工作的，而是主机的一个部件．有些IOP例如Intel 80891 IOP，还提供数据的变换、搜索以及字装配／拆卸能力．这类IOP广泛应用十中小型及微型计算机令．

2、另一种是外围处理机(PPU)