基本介紹
- 中文名：通道處理機
- 提出者：IBM公司
- 性質：i/o處理機方式
- 套用領域：計算機
電腦硬體設備,通道的功能,通道的類型,選擇通道,數組多路通道,位元組多路通道,通道結構發展,
電腦硬體設備
由於大型機計算機系統的外圍設備種類繁多,台數也很多,它們的性能和各項指標差別也很大.一方面如為每個外圍設備配置一個接口,由於所有的設備並不是同時工作,這樣的配置必然造成很大的浪費,另一方面每傳送一個字元都要cpu的干預,必然使cpu的輸入輸出負擔很重而不能專心於用戶程式的計算.為了使cpu擺脫繁重的輸入輸出負擔和共享輸入輸出接口,在大型計算機系統中採用通道處理機不失為一種好的選擇.
通道的功能
DMA控制器的出現已經減輕了CPU對數據輸入輸出的控制、使得CPU的效率合顯著的提高．而通道的出現則進一步提高了CPU的效率．這是因為通道是一個特殊功能的處理器．它有自己的指令和程式專門負責數據輸入輸出的傳輸控制．而CPU將“傳輸控制”的功能下放給通道後只負責“數據處理”功能．這樣．通道與CPU分時使用內
存，實現了CPU內部運算與I/O設備的平行工作．
存，實現了CPU內部運算與I/O設備的平行工作．
這種結構與前述的單匯流排結構機器不同，它具有兩種類型的匯流排．一種是存儲匯流排，它承擔通道與記憶體、CPU與記憶體之間的數據傳輸任務．另一種是通道匯流排，即I/O匯流排，它承擔外圍設備與通道之間的數據傳送任務．這兩類匯流排可以分別按照各自的時序同時進行工作．
因此，從邏輯結構上講，I/O系統一般具有四級連線：
CPU與記憶體<-->通道<-->設備控制器<-->外圍設備
為了便於通道對各設備的統一管理，對同一系列的機器，通道與設備控制器 之間都有統一的標準接口，設備控制器與設備之間則根據設備要求不同而採用專用接口。
另一方面，具有通道的機器一般是大、中型計算機，數據流通量很大。如果所有的I/O設備都接在一個通道上，那么通道將成為限制系統效能的細脖子。因此大、中型計算機的I/O系統一般接有多個通道。當然，設立多個通道的另一好處是，對不同類型的I/O設備可以進行分類管理。
存儲管理部件是記憶體的控制部件，它的主要任務是根據事先確定的優先次序，決定下一周期由哪個部件使用存儲匯流排訪問記憶體。
(1)接受CPU的I/O指令，按指令要求與指定的外圍設備進行通信。
(2)從記憶體選取屬於該通道程式的通道指令，經解碼後向設備控制器和設備傳送各種命令。
因此，從邏輯結構上講，I/O系統一般具有四級連線：
CPU與記憶體<-->通道<-->設備控制器<-->外圍設備
為了便於通道對各設備的統一管理，對同一系列的機器，通道與設備控制器 之間都有統一的標準接口，設備控制器與設備之間則根據設備要求不同而採用專用接口。
另一方面，具有通道的機器一般是大、中型計算機，數據流通量很大。如果所有的I/O設備都接在一個通道上，那么通道將成為限制系統效能的細脖子。因此大、中型計算機的I/O系統一般接有多個通道。當然，設立多個通道的另一好處是，對不同類型的I/O設備可以進行分類管理。
存儲管理部件是記憶體的控制部件，它的主要任務是根據事先確定的優先次序，決定下一周期由哪個部件使用存儲匯流排訪問記憶體。
(1)接受CPU的I/O指令，按指令要求與指定的外圍設備進行通信。
(2)從記憶體選取屬於該通道程式的通道指令，經解碼後向設備控制器和設備傳送各種命令。
(3)組織外圍設備和記憶體之間進行數據傳送，並根據需要提供數據快取的空間，以及提供數據存入記憶體的地址和傳送的數據量。
(4)從外圍設備得到設備的狀態信息，形成並保存通道本身的狀態信息，根據要求將這些狀態信息送到記憶體的指定單元，供CPU使用。
(5)將外圍設備的中斷請求和通道本身的中斷請求，按次序及時報告CPU。
(5)將外圍設備的中斷請求和通道本身的中斷請求，按次序及時報告CPU。
通道的基本功能 是執行通道指令，組織外圍設備和記憶體進行數據傳輸，按I/O指令要求啟動外圍設備，向CPU報告中斷等，具體有以下五項任務：
設備控制器的具體任務如下：
(1) 從通道接受通道指令，控制外圍設備完成所要求的操作；
(2) 向通道反映外圍設備的狀態；
(3) 將各種外圍設備的不同信號轉換成通道能夠識別的標準信號。
(2) 向通道反映外圍設備的狀態；
(3) 將各種外圍設備的不同信號轉換成通道能夠識別的標準信號。
通道的類型
根據通道的工作方式，通道分為選擇通道、數組多路通道、位元組
多路通道個系統可以兼有三種類型的通道，也可以只有其中一、二
種．
多路通道個系統可以兼有三種類型的通道，也可以只有其中一、二
種．
選擇通道
選擇通道又稱高速通道，在物理上它可以連線多個設備，但是這些設備不能同時工作，在某一段時間內通道只能選擇一個設備進行工作。選擇通道很像一個單道程式的處理器，在一段時間內只允許執行一個設備的通
道程式，只有當這個設備的通道程式全部執行完畢後，才能執行其他設備的通道程式。
選擇通道主要用於連線高速外圍設備，如磁碟、磁帶等，信息以成組方式高速傳輸。由於數據傳輸率很高，可以達到1.5MB/s，即0.67μs傳送一個位元組，通道在傳送兩個位元組之間已很少空閒，所以在數據傳送期間只為
一台設備服務是合理的。但是這類設備的輔助操作時間很長,在樣長的時間裡通道處於等待狀態，因此整個通道的利用率不是很高。
數組多路通道
基本思想：當某設備進行數據傳送時，通道只為該設備服務；當設備在執行定址等控制性動作時，通道暫時斷開與這個設備的連線，掛起該設備的通道程式，去為其他設備服務，即執行其他設備的通道程式。所以數組多路通道很像一個多道程式的處理器。
位元組多路通道
位元組多路通道主要用於連線大量的低速設備，如鍵盤、印表機等等。例如數據傳輸率是1000B/s，即傳送1個位元組的間隔是1ms，而通道從設備接收或傳送一個位元組只需要幾百納秒，因此通道在傳送兩個位元組之間有很多空閒時間，位元組多路通道正是利用這個空閒時間為其他設備服務。
通道結構發展
通道結構的進一步發展，出現了兩種計算機I/O系統結構：
一種是通道結構的I/O處理器
通常稱為輸入輸出處理器（IOP）．IOP可以和CPU並行工作，提供高速的DMA處理能力，實現數據的高速傳送．但是它不是獨立於CPU工作的，而是主機的一個部件．有些IOP例如Intel 80891 IOP，還提供數據的變換、
搜尋以及字裝配/拆卸能力．這類IOP廣泛套用十中小型及微型計算機令．
另一種是外圍處理機(PPU)
PPU基本上是獨立於主機工作的，它有自己的指令系統，完成算術/邏輯運算，讀/寫主存儲器，與外設交換信息等．有的外圍處理機乾脆就選用已有的通用機．外圍處理機I/O方式—般套用於大型高效率的計算機系統.
搜尋以及字裝配/拆卸能力．這類IOP廣泛套用十中小型及微型計算機令．
另一種是外圍處理機(PPU)
PPU基本上是獨立於主機工作的，它有自己的指令系統，完成算術/邏輯運算，讀/寫主存儲器，與外設交換信息等．有的外圍處理機乾脆就選用已有的通用機．外圍處理機I/O方式—般套用於大型高效率的計算機系統.
