《计算机体系结构》 第六章 输入输出系统

第六章输入输出系统 61概述 1.输入/输出系统简称]/O系统 包括: °I/o设备(如键盘、磁盘、打印机) I/O设备与处理机的连接 (1)数据如何传送(并行或串行,传输速率) (2)对外设如何控制(如程序控制、DMA、I/o 处理机)

6.1 概 述 1. 输入/输出系统简称I/O系统 包括： • I/O设备(如键盘、磁盘、打印机) • I/O设备与处理机的连接 (1)数据如何传送(并行或串行，传输速率) (2)对外设如何控制(如程序控制、DMA、I/O 处理机) 第六章 输入输出系统

2.I/系统的基本任务 完成与外部系统的信息交换。 是 Von Neumann结构计算机系统的四大组成部分 3.几个与0有关的问题 (1)对系统性能的影响 cPU速度再提高,如果无相适应的O系统的话,将 无多大意义

2. I/O系统的基本任务： 完成与外部系统的信息交换。 是Von Neumann结构计算机系统的四大组成部分 之一。 3. 几个与I/O有关的问题 (1) 对系统性能的影响 CPU速度再提高，如果无相适应的I/O系统的话，将 无多大意义

(2)不同系统中/O的差异 不同类型系统(微机、工作站、大型机、巨型机)的 cPU速度差异正在缩小,差异更多来自于/O系统。 条(3)系统的设计问题与CPU设计遇到的向题不同 成本、性能和容量 容量包括: (1)能和哪些不同类型的I/O设备相兼容 (2)能带多少个/O设备

(2) 不同系统中I/O的差异 不同类型系统(微机、工作站、大型机、巨型机)的 CPU速度差异正在缩小，差异更多来自于I/O系统。 (3) I/O系统的设计问题与CPU设计遇到的问题不同 成本、性能和容量 容量包括： (1)能和哪些不同类型的I/O设备相兼容 (2)能带多少个I/O设备

例61假设一台计算机的O处理占10%,当其 cPU性能改进,而o性能保持不变时,系统总体性 能会出现什么变化? 如果CPU的性能提高10倍 如果CPU的性能提高100倍 解:假设原来的程序执行时间为1个单位时间。如 果cPU的性能提高10倍,程序的计算(包含O处 理)时间为 (-10%)/10+10%=0.19

例6.1 假设一台计算机的I/O处理占10％，当其 CPU性能改进，而I/O性能保持不变时，系统总体性 能会出现什么变化？ 解：假设原来的程序执行时间为1个单位时间。如 果CPU的性能提高10倍，程序的计算（包含I/O处 理）时间为： (1 - 10%)/10 + 10% = 0.19 • 如果CPU的性能提高10倍 • 如果CPU的性能提高100倍

即整机性能只能提高约5倍,差不多有50%的 cPU性能浪费在I/O上。 如果cPU性能提高100倍,程序的计算时间为: (-10%)/100+10%=0.109 而整机性能只能提高约10倍,表示有90%的性能 浪费在没有改进的I/o上了

即整机性能只能提高约5倍，差不多有50％的 CPU性能浪费在I/O上。 如果CPU性能提高100倍，程序的计算时间为： (1 - 10%)/100 + 10% = 0.109 而整机性能只能提高约10倍，表示有90％的性能 浪费在没有改进的I/O上了

62存储设备 62.1磁盘设备 目前常用的存储设备主要有磁盘、磁带、光盘等。 1.磁盘 (1)磁盘的盘片、磁道和扇区 一个磁盘设备通常有 1~20个盘片组成 每个盘片表面可分500~2500个磁道 每个磁道可分几十到几百个扇区

6.2 存储设备 6.2.1 磁盘设备 目前常用的存储设备主要有磁盘、磁带、光盘等。 1. 磁盘 (1) 磁盘的盘片、磁道和扇区 一个磁盘设备通常有： 1  20 个盘片组成 每个盘片表面可分500  2500个磁道 每个磁道可分几十到几百个扇区

扇间空隙 盘片7 扇区 磁道 一般 每个盘片有一个磁头负责读写 选择盘片由控制电路负责 选择磁道由磁头径向移动来实现 选择扇区和读取扇区内容依靠盘片旋转来完成

盘片 磁道 扇间空隙 扇区 一般： 每个盘片有一个磁头负责读写 选择盘片由控制电路负责 选择磁道由磁头径向移动来实现 选择扇区和读取扇区内容依靠盘片旋转来完成

一般: 各磁头连在一起,同时移动--各盘片的同一磁道 可同时读取-组成一个圆柱体。 每个磁道的扇区数固定--每个磁道可容纳的信 息量固定--信息密度的限制来自于最内磁道 磁盘上的数据需采用某种游程长度受限码进行编 码 旋转速度:决定寻找扇区时间和扇区读取时间 3600r/min~12000r/min (等角速度和等线速度

一般： 各磁头连在一起，同时移动---各盘片的同一磁道 可同时读取----组成一个圆柱体。 每个磁道的扇区数固定-----每个磁道可容纳的信 息量固定-----信息密度的限制来自于最内磁道。 磁盘上的数据需采用某种游程长度受限码进行编 码 旋转速度：决定寻找扇区时间和扇区读取时间 3600r/min  12000r/min (等角速度和等线速度)

(2)磁盘性能公式 访问磁盘时间=寻道时间+旋转时间 +传输时间+控制器开销 ①寻道时间 寻道:磁盘控制器发出命令将磁头移动到包含有 所需数据的磁道上的过程 寻道时间:寻道所需要的时间。 °最小寻道时间 最大寻道时间 平均寻道时间(6ms~20ms) 注:实际值可能更低,约20%~33%

(2) 磁盘性能公式 访问磁盘时间 = 寻道时间 + 旋转时间 + 传输时间+ 控制器开销 ① 寻道时间 寻道：磁盘控制器发出命令将磁头移动到包含有 所需数据的磁道上的过程。 寻道时间：寻道所需要的时间。 • 最小寻道时间 • 最大寻道时间 • 平均寻道时间 (6ms  20ms) 注：实际值可能更低，约20%  33%

②旋转时间 所需扇区转到磁头之下所需要的时间。 平均值为磁盘旋转半周的时间 条最慢的磁盘: TAR=0.5r/3600rpm =8.3ms 最快的磁盘: TAR=0.5r/10000rpm=3.0ms

② 旋转时间 所需扇区转到磁头之下所需要的时间。 平均值为磁盘旋转半周的时间 最慢的磁盘： TAR=0.5r / 3600rpm = 8.3ms 最快的磁盘： TAR=0.5r / 10000rpm = 3.0ms