第四章 输入输出系统

第四章输入输出系统信息科学分院张军【课前思考】

1．输入输出系统有什么特点？如何组织输入输出系统来体现这些特点？

2．在一般计算机系统中，基本的输入输出方式有哪几种？他们分别适用于什么场合？

3．程序控制输入输出方式有哪些主要特点？能够画出用程序控制输入输出方式控制输入输出设备工作的程序框图。

4．在现代计算机系统中，为什么必须设置中断输入输出方式？中断方式有什么特点？

5．什么是DMA输入输出方式？在什么情况下必须使用DMA方式来传送数据？对于输入设备和输出设备，分别叙述用DMA方式传送数据的主要过程，目前DMA方式主要有几种，分别是什么？

6．在现代的计算机系统中，为什么设置中断系统，包括哪些中断源？

7．在现代计算机的中断系统中，为什么设置中断优先级，如何设置中断优先级？中断系统中的软硬件功能如何分配，需要考虑什么因素？

8．识别中断源主要有几种方法，它们的优缺点各是什么？

9．中断发生时，现场的保存和恢复需要做哪些工作？

10．设置中断屏蔽有什么好处？

11．通道的有什么作用，它是如何工作的，通道有几种类型，相互之间有什么区别？

12．输入输出处理机有什么作用，与通道处理机有什么区别？

【学习目标】

1．掌握计算机系统中的三种基本输入输出方式，即程序控制输入输出方式、中断输入输出方式和直接存储器访问方式的原理和特点。

2．能够根据要求，画出某一种输入输出设备采用程序控制输入输出方式或DMA输入输出方式的程序流程图。

3．掌握楚在中断系统中如何设置优先级，学会如何设置中断屏蔽位。

4．了解中断发生时需要做的现场保存和恢复工作，以及中断发生时的软硬件功能分配。

5．掌握通道的流量计算和分析。

6．了解通道的工作原理和三种通道的数据传送过程。【难重点】

1．中断优先级和中断屏蔽的原理和方法2．通道中的数据传送过程及流量分析计算。

3．三种基本输入输出方式特点及使用场合，能够使用程序控制输入输出方式和直接存储器访问方式（DMA方式）编写基本的输入输出程序(要求能够画出程序框图)。

4．中断系统的软硬件功能分配。4.1输入输出原理输入输出系统是处理机与外部世界进行交往或通信的手段，计算机用户通过输入输出设备来访问处理机。

输入输出系统：在计算机系统中，通常把处理机和主存储器之外的部分统称为输入输出系统，它包括输入输出设备、输入输出接口和输入输出软件等。

外部世界：指处理机以外的需要与处理机交换信息的人和物，主要包括本地和远程用户、系统操作员、操作控制台、输入输出设备、辅助存储器、其它处理机、各种通信设备和虚拟现实系统等。

输入输出设备：与处理机交换信息的各种设备统称为输入输出设备，或者称为外围设备。4.1.1输入输出系统的特点输入输出系统品种繁多，性能迥异，使得输入输出系统在计算机系统中具有多样性和复杂性。

输入输出系统的特点集中反映在异步性、实时性和与设备无关性三个基本项上，这些特点对输入输出系统的组织将产生决定性的影响。输入输出系统的多样性不仅表现在输入输出设备的品种、功能、技术指标等诸方面，还表现在这些设备广泛地涉及到机、光、电、磁、声、自动控制等多种学科。从计算机学科来看，输入输出系统最典型地反映着硬件与软件的相互结合。

现代计算机输入输出系统的复杂性一般都隐藏在操作系统之中，一般用户只需通过一些简单的命令或程序调用就能使用各种输入输出设备，而无需了解各种输入输出设备的具体工作细节。

输入输出系统的复杂性还表现在处理机本身和操作系统所产生的一系列随机事件也要调用输入输出系统来进行处理，例如，中断和自陷等。

输入输出系统所处理的外部世界的多样性和复杂性。图中列出了各类的外围设备、随机事件的类型以及处理机所提供的处理环境。如果不借助功能强大、灵活多变的软件，便不可能解决输入输出系统的多样性、复杂性与使用的统一性、方便性之间的矛盾。1、异步性

外围设备相对于处理机通常是异步工作的。

输入输出设备的工作在很大程度上独立于处理机之外，通常不使用统一的中央时钟，各个设备按照自己的时钟工作，但又要在某些时刻接受处理机的控制。

外围设备的工作过程通常是这样的，当设备准备好与处理机交往时（对于输入设备是指数据寄存器满，对于输出设备是指数据寄存器空），要向处理机申请服务。对于处理机来说，这个时刻一般随机的，两次申请之间可能要经过恒长时间，这就造成了输入输出相对于处理机的异步性和时间的任意性。

当一个处理机管理多台外围设备时，必须做到在任意两次处理机与设备交往的时刻之间，处理机仍然能够全速运行它本身的程序，或者管理其它外围设备，从而保证处理机与外围设备之间，外围设备与外围设备之间能够并行工作，无需互相等待。为了能够实现一个处理机与多台外围设备并行工作，必须采用中断输入输出方式或直接存储器存取（DMA）方式工作。

2、实时性当外围设备与处理机交往时，由于设备的类型不同，它们的工作步调是很不相同的，信息传输的速率也相差悬殊，传送方式极不统一。有的设备每次只传送一个字符，如打印机和终端设备等，传输速度为每秒钟几个到几十个字符。有的设备按数据块或按文件为单位传送，如磁盘、磁带存储器等，每秒钟要传送几到几十兆字符。处理机必须按照不同设备所要求传送方式和传输速率不失时机地为设备提供服务，包括从设备接收数据，向设备发送数据及对设备进行控制等。如果错过了服务的时机，就可能丢失数据，或造成外围设备工作的错误。3、与设备无关性

外围设备的类型、规格、特性多种多样，它们输出数据和接收数据的方式，数据的格式差异很大，因此，设备与处理机的连接方式也很不相同。计算机系统为了能够适应各种外围设备的不同要求，规定了一些独立于具体设备的标准接口。各种外围设备必须根据自己的特点和要求，选择其中的一种标准接口与处理机进行连接。凡是连接到同一种标准接口上的不同类型设备，它们之间的差异必须由设备本身的控制器通过硬件和软件来进行填补。这样，处理机本身就无需了解各种外围设备特定的具体工作细节，可以采用统一的硬件和软件对品种繁多的设备进行管理。3、与设备无关性

最近，在某些计算机系统中已经实现了所谓即插即用技术。例如，在WINDOWS95和WINDOWSNT操作系统中，凡是经过MICROSOFT公司测试过的机型及外围设备都可以直接连接，由操作系统统一分配输入输出地址，中断号和DMA接口号，并采用操作系统中提供的驱动软件。在操作系统安装过程中能够自动识别各种外围设备，自动调用相应的驱动软件，无需用户自己安装。对于新加入的外围设备，操作系统也能自动识别，为它分配输入输出地址，中断号、DMA接口号，并调用相应的驱动软件。4.1.2输入输出系统的组织方式输入输出设备的异步性、实时性、与设备无关性三个特点是现代计算机系统必须具备的共同特性。异步性体现了输入输出系统相对于处理机的独立自主关系。实时性反映了按照不同设备响应时间的不同要求，划分和实现输入输出系统内部不同功能之间的关系。设备无关性贯彻了输入输出系统标准化接口与非标准外围设备之间的关系。根据各种外围设备的不同特点处理好这三方面的关系，就成为输入输出系统组织的基本内容。输入输出系统组织的具体内容主要包括：针对异步性，采用自治控制的方法，针对实时性，采用层次结构的方法，针对与设备无关性，采用分类处理的方法。1、自治控制

在一般计算机系统中，输入输出系统是一个独立于处理机之外的自治系统。外围设备本身通过它内部的控制器自己独立担负许多输入输出功能，只在某些必要的时刻才要求处理机给予很少的服务。自治控制实际上也就是把外围设备所要完成的功能分散开来，即把设备的输入输出功能最大限度地从处理机中分离出来，由专门的设备控制器通过它自身地硬件和软件去完成，从而使处理机能够摆脱繁重的输入输出任务。2、层次结构

对于不同类型的外围设备，输入输出系统要完成的具体内容是不同的，采用可编程序来进行控制，能比较好地适应各种不同设备的控制需要，赋予固定的硬件设备以很大的灵活性。

在外围设备比较多的情况下，输入输出系统一般要采用层次结构来进行组织。

靠近处理机和主存储器的最高层采用标准的控制功能，如输入输出处理机、输入输出通道等。中间层是标准接口。外围设备通过设备控制器与标准接口相连接。2、层次结构

外围设备一般要按照工作方式和工作速度等进行分类，不同类型的设备连接到不同的输入输出通道或输入输出处理机上。当需要对某一台外围设备实现输入或输出操作时，CPU只需要组织好输入输出程序，并启动相关的输入输出通道或输入输出处理机即可。具体的输入输出操作在输入输出通道或输入输出处理机的控制下完成，不需要CPU干预。

输入输出通道或输入输出处理机：通常是一台小型的专用处理机，它能够执行与输入输出操作有关的程序。

输入输出通道或输入输出处理机执行CPU为它组织好的程序，通过输入输出指令控制标准接口，标准接口在指令控制下发出一系列标准的控制信号，送往设备控制器。设备控制器根据具体设备的不同需要，在自己的硬件和软件的控制下，可以产生设备所需要的各种非标准信号，最终完成各种输入输出操作。3、分类组织

输入输出系统通常要根据各种外围设备的不同性质分类进行组织。可以根据工作方式、工作速度及使用场合等进行分类。

如果按照工作速度进行分类，可以分为面向字符的设备（Character-orienteddevice）和面向数据块的设备（Block-orientedDevice）两类。4.1.3基本输入输出方式对于工作速度、工作方式和工作性质不同的外围设备，通常要采用不同的输入输出方式。目前常用的基本输入输出方式有三种：方式1：程序控制输入输出方式

程序控制输入输出方式又称为状态驱动输入输出方式、应答输入输出方式、查询输入输出方式、条件驱动输入输出方式等。

采用程序控制输入输出方式一个很明显的优点是灵活性很好。

程序控制输入输出方式一个很大缺点是：在一般情况下不能实现处理机与外围设备并行工作。

方式2：中断输入输出方式

采用中断输入输出方式能够完全克服程序控制输入输出方式中处理机与外围设备之间不能并行工作缺点。为了实现中断输入输出方式，外围设备和CPU都必须增加相关的功能。在外围设备方面，要改变被动地等待CPU来为它服务的工作方式。当输入设备已经把数据准备就绪，或者输出设备已经空闲时，要主动向CPU发出服务的请求。在CPU方面，每当执行完成一条指令后都要测试有没有外围设备的中断服务请求，如果发现有外围设备的中断服务请求，则要暂时停止当前正在执行的程序，先去为外围设备服务，等服务完成后再继续执行原来的程序。方式2：中断输入输出方式

中断输入输出方式：当出现来自系统外部，机器内部，甚至处理机本身的任何例外的，或者虽然是事先安排的，但出现在现行程序的什么地方是事先不知道的事件时，CPU暂停执行现行程序，转去处理这些事件，等处理完成后再返回来继续执行原先的程序。

中断输入输出方式的特点是：

1、CPU与外围设备能够并行工作。

2、能够处理例外事件。例如，电源掉电、非法指令、地址越界、数据溢出、数据校验错、页面失效等。

另外两个特点与程序控制输入输出方式相同。

3、数据的输入和输出都要经过CPU，要在程序的控制下完成从输入设备中读入数据到主存储器，或者把主存储器中的数据输出到输出设备中去。因此，中断输入输出方式与程序控制输入输出方式一样具有灵活性好的特点。

4、一般用于连接低速外围设备。这是因为每输入或输出一个数据都必须执行一段程序才能完成。方式3：直接存储器访问（DMA）方式

直接存储器服务方式又称为DMA（DirectMemoryAccess）方式，这种输入输出方式主要用来连接高速外围设备。例如，磁盘存储器，磁带存储器等。DMA方式具有如下特点：

1、外部设备的输入输出请求直接发给主储存器。

2、不需要做保存现场和恢复现场等工作，从而使DMA方式的工作速度大大加快。

3、在DMA控制器中，除了需要设置数据缓冲寄存器、设备状态寄存器或控制寄存器之外，还要设置主存储器地址寄存器，设备地址寄存器和数据交换个数计数器。

4、在DMA方式开始之前要对DMA控制器进行初始化，包括向DMA控制器传送主存缓冲区首地址、设备地址、交换的数据块的长度等，并启动设备开始工作。在DMA方式结束之后，要向CPU申请中断，在中断服务程序中对主存储器中数据缓冲区进行后处理。如果需要继续传送数据的话，要再次对DMA控制器进行初始化。

5、在DMA方式中，CPU不仅能够与外围设备并行工作，而且整个数据的传送过程不需要CPU的干预。如果主存储器的频带宽度足够的话，外围设备的工作可以丝毫不影响CPU运行它自身的程序。DMA方式的工作流程

对于输入设备：

从输入介质上读一个字节或字到DMA控制器中的数据缓冲寄存器BD中，如果输入设备是面向字符的，则要把读入的字符装配成字。

若一个字还没有装配满，则返回到上面；若校验出错，则发中断申请；若一个字已经装配满，则将BD中的数据送入主存数据寄存器。

把主存地址寄存器BA（在DMA控制器中）中的地址送入主存地址寄存器，并且将BA中的地址增值至下一个字地址。

把DMA控制器内的数据交换个数计数器BC中的内容减"1"。

若BC中的内容为"0"，则整个DMA数据传送过程全部结束，否则返回到最上面继续进行。DMA方式的工作流程

对于输出设备：

把主存地址寄存器BA（在DMA控制器中）中的地址送入主存地址寄存器，并启动主存储器，同时将BA中的地址增值至下一个字地址。

将主存储器数据寄存器中的数据送入DMA控制器的数据缓冲寄存器BD中。如果输出设备是面向字符的，则要把BD中的数据拆卸字符。

把BD中数据逐个字符（对于面向字符的设备）或整个字写到输出介质上。

把DMA控制器内的数据交换个数计数器BC中的内容减"1"。

若BC中的内容为"0"，则整个DMA数据传送过程全部结束，否则返回到最上面继续进行。目前使用的DMA方式实际上有如下三种：

1、周期窃取方式2、直接存取方式3、数据块传送方式4.2中断系统在现代计算机系统中，中断系统已经不仅仅属于输入输出系统。它除了被用来管理各种各样的外围设备之外，在整个计算机系统起着重要的作用。本节主要介绍在中断系统设计过程中软件与硬件的功能分配及其相关的一些问题。4.2.1中断源的组织中断系统的复杂性实际上是由中断源的多样性引起的。中断源可以来自系统外部，也可以来自机器内部，甚至处理机本身。中断可以是硬件引起的，也可以是软件引起的。把各种各样的中断源分类、分级组织好，是设计中断系统时首先要做好的一件事情。中断源：引起中断的各种事件称为中断源。常见的中断源有如下几种类型：

1、由外围设备引起的中断。2、由处理机产生的中断。3、由存储器产生的中断。4、由控制器产生的中断。5、由总线产生的中断。6、实时过程控制产生的中断。7、实时钟的定时中断。8、多处理机系统中，从其它处理机发送来的中断，控制台开关中断等。常见的中断源有如下几种类型：

9、程序调试过程中，执行完一条指令或程序运行到一个实现事先设置的断点时，通过中断进入监控程序，以便对被调试程序进行跟踪或监测。10、硬件故障中断。11、电源故障中断。IBM公司的机器，通常把中断源分为6类：

1、重新启动中断。2、机器检验出错中断。3、程序性错误引起的中断。4、访问管理程序中断。5、外部事件中断。6、输入输出中断。

有许多机器把中断源分为可屏蔽中断和不可屏蔽中断两大类，或称为一般中断和异常中断（ExceptionInterrupt）。对于不可屏蔽中断，不能通过软件屏蔽它，它一旦申请中断服务，处理机必定会响应。对于可屏蔽中断，可以通过软件把它屏蔽掉。例如，如果不希望某一台打印机工作，可以通过一条指令向这台打印机发一个中断屏蔽码。在这以后，即使这台打印机申请中断服务，这个中断申请信号也不能送往处理机。

有的机器按照中断事件的紧迫程度来划分可屏蔽中断和不可屏蔽中断，例如，把电源掉电、机器硬故障误等划分为不可屏蔽中断。在异常中断中，有一类称为自陷（trap）中断，它的中断请求发生在一些特殊指令的末尾，经中断服务程序处理后返回到正常执行程序的下一条指令继续执行。另一类称为故障（Fault）中断，它的中断请求可能发生在任何一条指令的执行过程中，经中断服务程序处理后，要返回到原先发生故障的那条指令处重新执行引起故障的那条指令。还有一类称为失效（Abort）中断，它的中断请求也可能发生在一条指令的执行过程中，但是，除非强制干预或系统重新复位，否则机器无法继续正常工作下去。4.2.2中断优先级中断源的中断请求一般是随机的，在中断源比较多的情况下，很可能同时发生多个中断请求。CPU必须安排一个响应和处理中断的优先顺序。中断优先级的确定是一个涉及计算机系统全局的问题，主要由下列因素来决定：

1、中断源的急迫性。

2、设备的工作速度。

3、数据恢复的难易程度。

4、要求处理机提供的服务量。4.2.3中断系统的软硬件功能分配

从中断源发出中断服务请求，到这个中断服务请求被处理机响应并全部处理完成，其过程是相当复杂的。在设计一台计算机的中断系统时，如何恰当低分配中断系统的软件与硬件功能，是设计好中断系统最关键的一个问题。中断系统中软件与硬件的功能分配主要考虑如下两个因素：

1、中断响应时间

2、灵活性4.2.4中断源的识别方法1、软件查询法识别中断源最简单的一种方法是软件查询法（PoolingMethod）。这种方法所需要的硬件非常简单，几乎全部用软件来实现。

查询法的主要优点是灵活性好。因为用程序对设备进行测试的顺序实际上就是中断源的中断优先级，而测试顺序是程序员可以通过软件任意改变的。

查询法的主要缺点的是速度太慢，特别是在中断源比较多的时候。4.2.4中断源的识别方法2、串行排队链法为了提高识别中断源的速度，必须用硬件来完成中断源的排队，这种方法称为串行排队链法（Claisy-chainMethod）。

用硬件串行排队器和编码器在所有申请中断服务的中断源中，产生具有最高优先级的中断源的相对编号。硬件的排队器分布在各个中断源中，编码器可以集中放在处理机中。这种方法由于使用了硬件排队器和编码器，因此识别中断源的速度比较快。在进入公共的中断服务程序入口之后，由于已经知道要响应哪个中断源的中断请求，可以通过跳转指令直接进入该中断源的中断服务程序中。4.2.4中断源的识别方法3、中断向量法（VectorInterruptMethod）采用中断向量法，识别中断源的速度更快，使用也更为广泛。

中断向量法：把识别中断源的全部工作全部用硬件来实现。在主存储器的固定区域中开辟出一个专用的中断向量区，用硬件排队器和编码器在所有请求中断服务的中断源中，产生具有最高优先级的中断源编号，然后直接通过硬件转向这个中断源的中断服务程序入口。

中断向量法不需要进入公共的中断服务程序，处理机响应中断源的中断服务请求后，通过硬件直接进入中断服务程序入口，因此，中断响应的速度很快。4.2.4中断源的识别方法4、独立请求法为了克服串行排队链法可靠性差的缺点，提出了独立请求法（IndependentRequestMethod）独立请求法：各个中断源使用自己独立的中断请求线INIR，每一根中断请求线在处理机中都有固定的或可编程的中断优先级。如果同时有多个中断源请求中断服务，处理机可以通过它的仲裁线路立即选择其中具有最高优先级的中断源，向它发出中断响应信号INIT，中断源用INIT信号清除它的中断请求信号，处理机就可以立即转入这个中断源的中断服务程序。这样，不需要用软件或硬件对中断源进行扫描，也不需要中断源回送中断源编号或中断向量。4.2.4中断源的识别方法与串行排队链法相比，独立请求法实际上是把分布在各个中断源内的串行排队器都集中到处理机中，从而克服了串行排队链法可靠性差的缺点，但灵活性差的缺点仍然存在。另外，中断源与处理机的连线比较多。因此，在中断源很多时，要把独立请求法与串行排队链法结合起来。把中断源分组，组内采用串行排队链法，组间采用独立请求法。这种方法称为分组独立请求法。

4.2.5中断现场的保存和恢复中断现场的保存和恢复分别是中断处理机过程开始和结束时必须执行的步骤。现场信息可分为三类:第一类，主要指程序计数器PC中的内容，它必须由硬件来完成保存，可以保存到主存储器的固定单元中，也可以压入系统堆栈。第二类，是指记录当前程序状态的有关信息，包括处理机状态字、堆栈指针、基址寄存器、中断屏蔽码等。第三类，是指在中断服务程序中将要被破坏的通用寄存器中内容。

4.2.6中断屏蔽为了缩短中断响应时间，目前大多数机器中都采用硬件来识别中断源，如串行排队链法、中断向量法、独立请求法和分组独立请求法等。这些方法虽然识别中断源的速度很快，但是，由于中断源的中断优先级是由硬件固定死的，不能由程序员通过软件来改变，因此灵活性差。采用中断屏蔽方法可以比较好地解决快速识别中断源和灵活性之间的矛盾。

4.2.6中断屏蔽通常为每一个中断源设置一个中断屏蔽位。这些中断屏蔽位可以分布存放在各个中断源中，也可以集中存放在处理机内。另外，处理机要设置专门的指令来管理这些中断屏蔽位。当中断屏蔽位为"1"时，表示对应的中断源不能请求中断服务，为"0"时，对应的中断源可以请求中断服务。

4.2.6中断屏蔽设置中断屏蔽有如下3个用处：

1、在中断优先级已经由硬件确定了的情况下，改变中断源的中断服务顺序。

2、决定设备是否采用中断方式工作。

3、在多处理机系统中，可以通过中断屏蔽，把对外围设备的输入输出服务工作分配到各个处理机中。

4.2.6中断屏蔽中断屏蔽的实现方法主要有两种：

第一种中断屏蔽方法：每级中断源设置一个中断屏蔽位

第二种中断屏蔽方法：改变处理机优先级

4.3.1通道的作用和功能

在大型计算机系统中，如果仅仅采用前面介绍过的程序控制、中断和DMA这三种基本的输入输出方式来管理外围设备，会引起如下两个问题：

1、所有外围设备的输入输出工作全部都要由CPU来承担，CPU的输入输出负担很重，不能专心于用户程序的计算。

2、大型计算机系统中的外围设备台数虽然很多，但是一般并不同时工作。如果为每一台设备都配置一个接口，必然是一种浪费。特别是DMA接口，它的硬件代价很高。连接DMA接口的磁盘或磁带存储器等一般并不同时工作。

4.3.1通道的作用和功能

一般说来，通道的功能应该包括如下几个方面：

1、接受CPU发来的输入输出指令，根据指令要求选择一台指定的外围设备与通道相连接。

2、执行CPU为通道组织的通道程序，从主存中取出通道指令，对通道指令进行译码，并根据需要向被选中的设备控制器发出各种操作命令。

3、给出外围设备的有关地址，即进行读/写操作的数据所在的位置。如，磁盘存储器的拄面号、磁头号、扇区号等。

4、给出主存缓冲区的首地址，这个缓冲区用来暂时存放从外围设备上输入的数据，或者暂时存放将要输出到外围设备中去的数据。

5、控制外围设备与主存缓冲区之间数据交换的个数，对交换的数据个数进行计数，并判断数据传送工作是否结束。

6、指定传送工作结束时要进行的操作。例如，将外围设备的中断请求及通道的中断请求送往CPU等。

7、检查外围设备的工作状态，是正常或故障。根据需要将设备的状态信息送往主存指定单元保存。

8、在数据传输过程中完成必要的格式的变换，例如，把字拆卸为字节，或者把字节装配成字等。

4.3.2通道的工作过程1、在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。

4.3.3通道种类根据多台外围设备共享通道的不同情况，可将通道分为三种类型：字节多路通道、选择通道和数组多路通道，这三种类型的通道与CPU、设备控制器和外围设备的连接。1、字节多路通道

字节多路通道（ByteMultiplexorChannel）是一种简单的共享通道，主要为多台低速或中速的外围设备服务。字节多路通道采用分时方式工作，依靠它与CPU之间的高速数据通路分时为多台设备服务。

4.3.3通道种类

2、选择通道

高速外围设备，如磁盘存储器等需要很高的数据传输率，因此不能字节多路通道那样的控制方式。高速外围设备必须设置专门的通道在一段时间内单独为一台外围设备服务，但在不同的时间内仍可以选择不同的设备。一旦选中某一设备，通道就进入"忙"状态，直到该设备的数据传输工作全部结束为止，这就是选择通道（SelectorChannel）。选择通道可以认为是只有一个以成组方式工作的子通道，只有一套完整的硬件，它逐个为几个物理上连接的几台高速外围设备服务。

4.3.4通道流量分析

通道流量：又称为通道吞吐率，通道数据传输率等，它是指一个通道在数据传送期间，单位时间内能够传送的最大数据量，一般用字节个数来表示。

通道最大流量：一个通道在满负荷工作状态下的流量。

通道最大流量主要与通道的工作方式（是指字节多路通道、选择通道和数组多路通道）、在数据传送期内通道选择一次设备所用的时间TS和传送一个字节所用的时间TD等因素有关。

4.3.4通道流量分析

为了保证字节多路通道能够正常工作，即不丢失数据，可以采取下列几种方法：

1．增加通道的最大流量，保证连接在通道上的所有设备的数据传送请求能够及时得到通道的响应。

2．动态改变设备的优先级。例如，在图4.23中，只要在30至70微秒之间临时提高设备D5的优先级，那么，设备D5的第一次数据传送请求就能及时得到通道的响应，其它设备的数据传送请求也能正常得到通道的响应。当然，也可以采用临时降低设备优先级的办法，其效果是相同的。

3．增加一定数量的数据缓冲器，特别是对优先级比较低的设备。

4.4输入输出处理机

采用输入输出处理机来分担中央处理机的输入输出任务是目前使用很普遍的一种方案。输入输出处理机又称为外围处理机，I/O处理机等，锁写为IOP，或PPU。

输入输出处理机主要用在除IBM公司以外的其它计算机公司研制的巨型、大型计算机系统中，甚至在有些中小型及微型计算机系统中也有输入输出处理机。

4.4.1输入输出处理机的作用

在高性能的巨型和大型计算机系统中，如果仍然采用通道处理机方式，存在如下问题：

1、每调用一次输入输出操作的前处理和后处理仍然要CPU来完成，需要两次用中断方式中断CPU的现行程序，调用操作系统的管理程序为输入输出操