中南大学_操作系统课件

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1、操作系统原理PrinciplesofOperatingSystem中南大学信息科学与工程学院CentralSouthUniversityCollegeofInformationScienceandEngineering2021/6/17计算机操作系统目录REFERANCE第1部分绪论第2部分进程管理第3部分存储管理第4部分I/O设备管理第5部分文件管理第6部分OS安全与保护17六月2021计算机操作系统第4部分（第6章）I/O设备管理6.1I/O系统的组成6.2I/O控制方式6.3缓冲管理6.4设备分配6.5设备处理17六月2021计算机操作系统6.1I/O系统的组成6.

2、1.1I/O系统的结构一、微型机I/O系统无通道的I/O系统，以CPU为中心（图例）。二、主机I/O系统有通道的I/O系统，以主存为中心，属四级结构（图例）OVER设备类型17六月2021计算机操作系统微型机I/O系统结构图例CPURAMI/O1I/On......17六月2021计算机操作系统主机I/O系统结构图例主机RAMCPU通道1控制器1控制器2设备1设备2设备3设备4通道2控制器3控制器4设备5设备6设备7设备8增加通路按任意键...17六月2021计算机操作系统6.1.2设备类型一、按传输速率分1、低速设备：几百字节/秒，键盘、鼠标；2、中速设备：几千字节/秒

3、，打印机；3、高速设备：数兆字节/秒，HDD、TYPE；二、按信息交换单位分1、块设备：信息存取以块为单位（Block）;2、字符设备：以字符为单位；三、按共享属性1、独占设备；2、共享设备；3、虚拟设备；设备控制器17六月2021计算机操作系统四、设备控制器DC(DeviceController)DC是CPU与I/O设备间的接口，属于可编址设备，即：DC连接多个设备时，具有多个设备地址。分为：控制字符设备/块设备的控制器。一、功能1、接收、识别CPU发来的I/O命令(Read,Write...);2、通过数据寄存器，完成数据的存储、转发；3、借助状态寄存器，记录所连接设

4、备的状态；4、通过地址译码器，实现所连接设备的地址识别；二、组成:由3部分组成（图例）通道17六月2021计算机操作系统设备控制器组成图例与CPU接口与设备接口数据寄存器控制/状态寄存器I/O逻辑接口1接口n数据线地址线控制线数据数据状态状态控制控制17六月2021计算机操作系统6.1.4I/O通道一、通道设备的引入目的：提高CPU的利用率。与CPU的2个区别：1、仅能执行与I/O有关指令；2、无独立主存，与CPU共享；有通道系统I/O示例：进程需I/OCPU给通道发I/O指令（通道程序首址、设备）通道取通道程序执行I/O中断通知CPU通道的类型17六月2021计算机操作

5、系统二、通道的3种类型1、字节多路通道(ByteMultiplexChannel)（图）实现：通道含有许多非分配型子通道，每个子通道连接一台I/O设备。各子通道按时间片轮转方式使用主通道，每次传输一个字节。(用于连接低中速设备)2、数组选择通道(BlockSelectorChannel)实现：一个通道可连接多台I/O设备，但某段时间只允许一台设备I/O，并独占通道直到传输完成。传输时，每次传输一批数据。(用于连接高速外设)3、数组多路(BlockMultiplexChannel)实现：结合选择通道的高速与字节多路通道分时并行的优点，传输按成组分时方式进行。瓶颈问题17六月

6、2021计算机操作系统三、瓶颈问题为降低系统成本，并非每一个I/O设备都有自己独立的控制器和通道，所以造成多台I/O设备争用控制器、通道。使通道成为I/O的主要瓶颈，造成系统吞吐量下降。解决2方法：1、增加通路，提高系统的灵活性、可靠性；(图例)2、设置缓冲区，增加I/O设备的独立性。17六月2021计算机操作系统字节多路通道示意图字节多路通道控制器1控制器2控制器n...17六月2021计算机操作系统6.2I/O控制方式I/O控制方式发展宗旨：尽量减少CPU对I/O的干预，提高CPU的利用率。发展的四个阶段：6.2.1程序I/O方式；6.2.2中断驱动I/O控制方式；6

7、.2.3DMA方式；6.2.4通道方式；17六月2021计算机操作系统6.2.1程序I/O方式（ProgrammedI/O）早期无中断系统工作特点：1、“忙测试”：(1)CPU向I/O控制器发一条I/O命令，启动I/O设备；(2)置设备状态寄存器中busy为1；(3)循环测试busy，直到busy=0;2、每一次，I/O一个字（符）17六月2021计算机操作系统6.2.2中断驱动I/O控制方式有中断的系统。工作过程：1、进程I/O时，CPU发I/O命令给设备控制器DC(DeviceController)，并继续工作；2、DC接