[科普中國]-通道選擇器

簡介

通道選擇器即選擇哪一個設(shè)備和哪一個通道進行I/O操作的設(shè)備控制器。由于通道價格昂貴，致使機器中所設(shè)置的通道數(shù)量勢必較少，這造成了I/O 的瓶頸。解決“瓶頸”問題的最有效的方法，便是增加設(shè)備到主機間的通路而不增加通道，換言之，就是把一個設(shè)備連接到多個控制器上，而一個控制器又連接到多個通道上。通道選擇器主要作用如下：1、提高系統(tǒng)吞吐量；提高了系統(tǒng)的可靠性，因為個別通道或控制器的故障不會使設(shè)備和存儲器之間沒有通路。

設(shè)備控制器概述設(shè)備控制器是計算機中的一個實體， 其主要職責(zé)是控制一個或多個 I/O 設(shè)備， 以實現(xiàn) I/O設(shè)備和計算機之間的數(shù)據(jù)交換。它是 CPU 與 I/O 設(shè)備之間的接口，它接收從 CPU 發(fā)來的命令，并去控制 I/O 設(shè)備工作，以使處理機從繁雜的設(shè)備控制事務(wù)中解脫出來。

設(shè)備控制器是一個可編址的設(shè)備，當(dāng)它僅控制一個設(shè)備時，它只有一個唯一的設(shè)備地址；若控制器可連接多個設(shè)備時，則應(yīng)含有多個設(shè)備地址，并使每一個設(shè)備地址對應(yīng)一個設(shè)備。

設(shè)備控制器的復(fù)雜性因不同設(shè)備而異，相差甚大，于是可把設(shè)備控制器分成兩類: 一類是用于控制字符設(shè)備的控制器，另一類是用于控制塊設(shè)備的控制器。在微型機和小型機中的控制器，常做成印刷電路卡形式，因而也常稱為接口卡，可將它插入計算機。有些控制器還可以處理兩個、四個或八個同類設(shè)備。1

組成現(xiàn)有的大多數(shù)控制器都是由以下三部分組成的。

1) 設(shè)備控制器與處理機的接口

該接口用于實現(xiàn) CPU 與設(shè)備控制器之間的通信。共有三類信號線: 數(shù)據(jù)線、地址線和控制線。數(shù)據(jù)線通常與兩類寄存器相連接，第一類是數(shù)據(jù)寄存器(在控制器中可以有一個或多個數(shù)據(jù)寄存器，用于存放從設(shè)備送來的數(shù)據(jù)(輸入)或從 CPU 送來的數(shù)據(jù)(輸出))；第二類是控制/狀態(tài)寄存器(在控制器中可以有一個或多個這類寄存器，用于存放從 CPU 送來的控制信息或設(shè)備的狀態(tài)信息)。

2) 設(shè)備控制器與設(shè)備的接口

在一個設(shè)備控制器上，可以連接一個或多個設(shè)備。相應(yīng)地，在控制器中便有一個或多個設(shè)備接口，一個接口連接一臺設(shè)備。在每個接口中都存在數(shù)據(jù)、控制和狀態(tài)三種類型的信號?？刂破髦械?I/O 邏輯根據(jù)處理機發(fā)來的地址信號去選擇一個設(shè)備接口。

3) I/O 邏輯

在設(shè)備控制器中的 I/O 邏輯用于實現(xiàn)對設(shè)備的控制。它通過一組控制線與處理機交互，處理機利用該邏輯向控制器發(fā)送 I/O 命令； I/O 邏輯對收到的命令進行譯碼。 每當(dāng) CPU 要啟動一個設(shè)備時，一方面將啟動命令發(fā)送給控制器；另一方面又同時通過地址線把地址發(fā)送給控制器， 由控制器的 I/O 邏輯對收到的地址進行譯碼， 再根據(jù)所譯出的命令對所選設(shè)備進行控制。設(shè)備控制器的組成示于圖中

通道類型通道是用于控制外圍設(shè)備(包括字符設(shè)備和塊設(shè)備)的。由于外圍設(shè)備的類型較多，且其傳輸速率相差甚大，因而使通道具有多種類型。這里，根據(jù)信息交換方式的不同，可把通道分成以下三種類型:

字節(jié)多路通道(Byte Multiplexor Channel)這是一種按字節(jié)交叉方式工作的通道。它通常都含有許多非分配型子通道，其數(shù)量可從幾十到數(shù)百個，每一個子通道連接一臺 I/O 設(shè)備，并控制該設(shè)備的 I/O 操作。這些子通道按時間片輪轉(zhuǎn)方式共享主通道。 當(dāng)?shù)谝粋€子通道控制其 I/O 設(shè)備完成一個字節(jié)的交換后， 便立即騰出主通道，讓給第二個子通道使用；當(dāng)?shù)诙€子通道也完成一個字節(jié)的交換后，同樣也把主通道讓給第三個子通道；依此類推。當(dāng)所有子通道輪轉(zhuǎn)一周后，重又返回來由第一個子通道去使用字節(jié)多路主通道。這樣，只要字節(jié)多路通道掃描每個子通道的速率足夠快，而連接到子通道上的設(shè)備的速率不是太高時，便不致丟失信息。

數(shù)組選擇通道(Block Selector Channel)字節(jié)多路通道不適于連接高速設(shè)備，這推動了按數(shù)組方式進行數(shù)據(jù)傳送的數(shù)組選擇通道的形成。這種通道雖然可以連接多臺高速設(shè)備，但由于它只含有一個分配型子通道，在一段時間內(nèi)只能執(zhí)行一道通道程序，控制一臺設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳送，致使當(dāng)某臺設(shè)備占用了該通道后，便一直由它獨占，即使是它無數(shù)據(jù)傳送，通道被閑置，也不允許其它設(shè)備使用該通道，直至該設(shè)備傳送完畢釋放該通道。可見，這種通道的利用率很低。

數(shù)組多路通道(Block Multiplexor Channel)數(shù)組選擇通道雖有很高的傳輸速率，但它卻每次只允許一個設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)組多路通道是將數(shù)組選擇通道傳輸速率高和字節(jié)多路通道能使各子通道(設(shè)備)分時并行操作的優(yōu)點相結(jié)合而形成的一種新通道。它含有多個非分配型子通道，因而這種通道既具有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率，又能獲得令人滿意的通道利用率。也正因此，才使該通道能被廣泛地用于連接多臺高、中速的外圍設(shè)備，其數(shù)據(jù)傳送是按數(shù)組方式進行的。