I/O(输入输出)系统的多通路连接方式

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计算机的CPU和设备控制器之间会设置I/O通道来提高CPU的数据处理能力,但I/O通道价格昂贵,机器中的通道数量较少,成了I/O(输入输出)的瓶颈,系统吞吐量下降。为了提高系统吞吐量,多通路的连接方式出现了。

基本概念

我们先举一个单通路的I/O系统的例子,如下图,假设设备1至设备4是四个磁盘,为了启动磁盘2,必须用通道1和控制器1;但若这两者已被设备1占用,必然无法启动磁盘,类似地,若要启动盘3和盘4,由于它们都要用到通道2,因而也不可能启动。这些就是通道不足造成的“瓶颈”现象。

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图 1 单通道I/O系统

解决“瓶颈问题”最有效的办法,便是增加通道与控制器、控制器与设备之间的通路,换句话说,就是把一个设备连接到多个控制器上,而一个控制器又连接到多个通道上。如下图,图中的设备1,2,3和4都有四条通往存储器的通路,通过通道1和控制器1可到设备1,通过通道2和控制器1也可以到设备1,其他通路类似。这种方式就是多通路方式,它不仅解决了由于通道不足导致系统吞吐量下降的“瓶颈”问题,还提高了系统的可靠性,因为个别通道或控制器的故障不会使设备和存储器之间没有通路。

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应用范围

I/O系统的多通路方式连接原理可应用于解决生活、学习或工作中关卡有限通路不足而导致的任务效率低下的问题。

使用方法及步骤

1. 对于通道不足的两点A,B,以其中一点A为起点,寻找所有可能到达的下一个点

2. 以步骤1找到的每一个点为起点,重复步骤1,直到到达另一点B

3. 按照找出新线路,开通新线路

应用案例

应用1- 城市交通线路开发

案例:在发达城市中,总有一些地点是人群往来特别密集的地方,尤其在上下班高峰期会特别拥挤,如果人太多,车太多,有些人就只能等待,这些道路就会经常出现塞车状况。解决这种交通拥堵问题,解决办法就是开发新线路。如下图,假设每两点之间开发的线路都是公路

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原本从地点A到地点D的线路只有A→B→C→D,从地点A到地点G的线路只有A→E→F→G,后来开发新线路,B到F、E到C、C到G、F到D之间都是可达的,现在从A到D的线路有4条,A→B→C→D、A→E→C→D、A→B→F→D、A→E→F→D;从A到G的线路也有4条,A→E→F→G、A→E→C→G、A→B→F→G、A→B→C→G。

应用2- 思考问题角度的转换

案例:有些问题有多种解决办法,如果我们尝试一种方法解不出来或者解决的速度太慢,这时候我们就应该及时考虑转换思考问题的角度,换一种方法解决问题。近代数学的奠基人,德国数学家高斯就是这样做的:一次数学课上,老师让学生练习算数。于是让他们一个小时内算出1+2+3+4+5+6+……+100的得数。全班只有高斯用了不到20分钟给出了答案,因为他想到了用(1+100)+(2+99)+(3+98)……+(50+51)…………一共有50个101,所以 50×101就是1加到一百的得数,后来人们也把这种简便算法称作高斯算法。常规计算1到100的自然数相加速度太慢,而数学家高斯转换了思考问题的角度--对相加的数字的规律进行分析归纳,从而得到简便高效的计算方法。

可以体现的计算思维

I/O系统多通路方式通过增加设备到主机之间的通路提高了整个系统的吞吐量,体现了计算思维的转化特点。