白中英《计算机组成原理》(第5版)教材精讲(输入输出系统 通道方式)

8.5　通道方式

一、通道的基本概念

通道是计算机系统中代替CPU管理控制外设的独立部件，是一种能执行有限I／O指令集合—通道命令的I／O处理机。

在通道控制方式中，一个主机可以连接几个通道。每个通道又可连接多台I／O设备，这些设备可具有不同速度，可以是不同种类。这种输入输出系统增强了主机与通道操作的并行能力以及各通道之间、同一通道的各设备之间的并行操作能力。也为用户提供了增减外围设备的灵活性。

采用通道方式组织输入输出系统，多使用主机—通道—设备控制器—I／O设备四级连接方式。

在CPU启动通道后，通道自动地去内存取出通道指令并执行指令。直到数据交换过程结束向CPU发出中断请求，进行通道结束处理工作。

二、通道的功能

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：

（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 。

通道工作过程 在一般用户程序中，通过调用通道来完成一次数据输入输出的过程如下图所示。CPU 执行用户程序和管理程序，通道处理机执行通道程序的时间关系如图所示。

图8-15　通道处理机执行通道程序的时间

主要过程分为如下三步进行：

1．用户程序中使用访管指令进入管理程序，由CPU通过管理程序组织一个通道程序，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响应这个中断请求后，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。

一、通道的种类

1．选择通道

选择通道每次只能从所连接的设备中选择一台I／O设备的通道程序，此刻该通道程序独占了整个通道。连接在选择通道上的若干设备，只能依次使用通道与主存传送数据数据传送以成组（数据块）方式进行，每次传送一个数据块，因此，传送速率很高。选择通道多适合于快速设备（磁盘），这些设备相邻字之间的传送空闲时间极短。

2．字节多路通道（Byte Multiplexor Channel）

是一种简单的共享通道，在时间分割的基础上，服务于多台低速和中速面向字符的外围设备。

字节多路通道包括多个子通道，每个子通道服务于一个设备控制器，可以独立地执行通道指令。每个子通道都需要有字符缓冲寄存器、I／O请求标志／控制寄存器、主存地址寄存器和字节计数寄存器。而所有于通道的控制部分是公共的，由所有子通道所共享。

通常，每个通道的有关指令和参量存放在主存固定单元中。当通道在逻辑上与某一设

备连通时，将这些指令和参量取出来，送入公共控制部分的寄存器中使用。

字节多路通道要求每种设备分时占用一个很短的时间片，不同的设备在各自分得的时间片内与通道建立传输连接，实现数据的传送。

3．数组多路通道（Block Multiplexor Channel）

数组多路通道把字节多路通道和选择通道的特点结合起来。它有多个子通道，既可以执行多路通道程序，像字节多路通道那样，所有子通道分时共享总通道；又可以用选择通道那样的方式传送数据。

数组多路通道和字节多路通道的比较（见书）。

二、发展

1．输入输出处理机（IOP）

输入输出处理机（IOP）不是一台独立的计算机，而是计算机系统中的一个部件。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。此外，有些IOP还提供数据的变换、搜索和字装配／分拆能力。

8位和16位微机中使用的Intel 8089 I／O处理器就是这种通道型I／O处理器。

2．外围处理机

外围处理机结构更接近于一般处理机，或者就是选用已有的通用机。外围机基本上是独立于主处理机工作的，应用于大型高效率的计算机系统中。