第三章 存储、中断、总线与I/O系统 ​

一、 存储系统的基本要求和并行主存系统 ​

1、存储系统的基本要求

• 大容量、高速度和低价格
• 单一工艺的存储器无法同时满足,为了弥补CPU与存储器在速度上的差异，一条途径是在组成上引入并行和重叠技术，构成并行主存系统，但单靠这一种方式效果是有限。

2、并行主存系统

• 单体多字存储器： Bm = W×4/TM
• 多体单字交叉存储器：
  • 能并行读出多个 CPU 字的单体多字和多体单字、多体多字的交叉访问主存系统统称为并行主存系统。

二、 中断系统 ​

CPU中止正在执行的程序，转去处理随机提出的请求，待处理完后，再回到原先被打断的程序继续恢复执行的过程称为中断。 中断分为内部中断、外部中断和软件中断三类。

1、中断的分类和分级

• 引起中断的各种事件称为中断源。
• 中断源向中断系统发出请求中断的申请，称为中断请求。
• 所谓中断响应就是允许其中断CPU现行程序的运行，转去对该请求进行预处理，包括保存好断点现场，调出有关处理该中断的中断处理程序，准备运行。
• 中断的分类★
  • 优化中断处理：对每一类给定一个中断处理程序入口
  • 以IBM 370为例，它把中断分成机器校验（1级）、管理程序调用（2级）、程序性（2级）、外部、输入/输出和重新启动6 类。

2、中断的响应次序与处理次序★

• 基本规则
  • 一个中断只能被比它高等级的中断打断

3、中断系统的软、硬件功能分配

• 中断系统的功能包括中断请求的保存和清除、优先级的确定、中断断点及现场的保存、对中断请求的分析和处理以及中断返回等，这些全是由中断响应硬件和中断处理程序共同完成的。因此，中断系统的软、硬件功能分配实质上就是中断处理程序软件和中断响应硬件的功能分配。

1、总线的分类

• 总线的定义：用于互连计算机、CPU、存储器、I/O接口及外围设备间的信息传送通路。
• 总线的分类 ★
  • （1）就允许信息传送的方向来说，总线可以有单向传输和双向传输两种。 双向传输又有半双向和全双向的不同。
  • （2）总线按其用法可以分成专用的和非专用的。
  • 只连接一对物理部件的总线称为专用总线。如果N个部件用双向专用总线在所有可能路径都互连，则需N×(N -1)/2组总线。

2、总线的控制方式★

• （1）集中控制与分布式控制
• （2）集中控制的方式
  • 集中控制方式可分为集中式串行链接、集中式定时查询和集中式独立请求3种。

3、总线的通信技术

• 同步通信和异步通信

4、数据宽度和总线线数

• 数据宽度指的是I/O设备取得I/O总线使用权后所传送数据的总量。传送完后就释放总线，重新开始分配总线。所以，它不同于前面讲过的数据通路宽度。
• 数据通路宽度指的是数据传送的物理宽度，即一个时钟周期所传送的信息量， 它直接取决于数据总线的线数。

I/O系统 ​

1、 概述

• （1）I/O系统包括输入/输出设备、设备控制器及与输入/输出操作有关的软、硬件。
• （2）输入/输出系统的发展经历了3个阶段，对应3种方式，即程序控制I/O方式、直接存储器访问（DMA）方式以及I/O处理机方式。
• 对于I/O处理机方式，又分为通道（Channel）方式和外围处理机（PPU）方式。

2、通道处理机的工作原理和流量设计

• 
• 2、通道流量的设计 ★
  • （1）通道流量是指通道在数据传送期内，单位时间内传送的字节数。数据传送期内选择一次设备的时间为TS，传送一个字节的时间为TD。