[工学]05 -《软件技术基础》- 操作系统设备管理与文件管理

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1、讲课人：刘伟电子邮件：bme_liuwei@hdu.edu.cnbme.liuwei@gmail.com电话：13575497591办公室：教二南楼328室软件技术基础设备管理基本内容I/Odevices设备基本概念.I/O请求的检测与控制设备管理程序Buffering缓冲技术Spooling.虚拟设备技术I/OControl控制方式Polling轮询Interrupt中断Directmemoryaccess(DMA)I/Ochannel通道技术基本概念设备分类从数据组织的角度分块设备以块为单位组织和传送数据，大小n*512磁盘字符设备以字符

2、为单位组织和传送数据键盘、打印机从资源分配的角度分类独占设备在系统运行期间，在某一段时间内，为某一进程所独占的设备。多为低速设备，如纸带输入机、打印机等共享设备允许若干用户或进程同时共同使用的设备磁盘虚拟设备通过软件技术（如假脱机技术），把原来的独占设备改造成共享设备。设备控制器设备管理的任务（1）根据各类设备的特点确定相应的分配策略（2）启动设备完成实际的输入／输出操作（3）向用户提供一个统一的、友好的使用界面（4）优化设备的调度、提高设备的利用率设备管理的主要内容（1）I/O请求的检测与控制（2）解决设备的低速性与CPU高速性之间的矛盾，

3、提高CPU的利用率（3）设备分配策略控制器负责CPU与设备之间的通讯硬件接口CPUControllerMainMemoryControllerControllerControllerCDdriverModemMonitorDiskdriver通常是可编程控制的芯片每类芯片用于特定的硬件和CPU与内存通过总线通讯操作码寄存器操作数寄存器Busy寄存器状态寄存器数据缓冲区设备控制器用汇编语言控制寄存器–对键盘的操作inal,60hpushaxinal,61hmovah,aloral,80hout61h,alxchgah,alout61h,alpo

4、paxtestal,80hjnzcontI/o端口地址分配系统板上接口芯片的端口地址I/O芯片名称端口地址DMA控制器1000~01FHDMA控制器20C0~0DFHDMA页面寄存器080~09FH中断控制器1020~03FH中断控制器20A0~0BFH定时器040~05FH并行接口芯片（键盘接口）060~06FHRT/CMOSRAM070~07FH协处理器0F0~0FFHI/o端口地址分配扩展槽上接口控制卡的端口地址I/O接口名称端口地址游戏控制卡200~20FH并行口控制卡1370~37FH并行口控制卡2270~27FH串行口控制卡13F

5、8~3FFH串行口控制卡22F0~2FFH原型插件板（用户可用）300~31FH同步通信卡13A0~3AFH同步通信卡2380~38FH单显MDA3B0~3BFFH彩显CGA3D0~3DFH彩显EGA/VGA3C0~3CFH硬驱控制卡1F0~1FFH软驱控制卡3F0~23F7HPC网卡360~36FHI/O请求与检测如何知道I/O操作完成？缓冲的数据如何在内存与设备间传送？（1）查询方式（polling）利用I/O测试指令测试设备的忙与闲。若设备处于闲状态，则执行输入输出指令；若设备处于忙状态，则I/O测试指令不断对设备进行测试，直到设备空闲

6、为止.操作码寄存器操作数寄存器Busy寄存器状态寄存器数据缓冲区设备控制器2主存CPU341567优点:实现简单缺点:CPU的负担过重，效率低查询方式打印输出典型的查询方式汇编指令代码（2）中断方式(Interrupts)控制器完成I/O操作后,触发中断.CPU不必不断检测设备工作标志位.优点:CPU效率高缺点:技术实现较难CPU负责控制器缓存与主存间的数据传输，当数据量大时，仍要消耗大量的CPU资源，较多用于低速外设，如字符型设备，非块设备中断驱动的I/O过程设备1内存CPU234567中断操作码寄存器操作数寄存器Busy寄存器状态寄存器数

7、据缓冲区控制器中断向量表与中断处理程序256个中断4个字节为一个中断处理程序入口偏移地址：段地址（3）直接内存访问DirectMemoryAccess(DMA)它使用一个专用DMA控制器，使用截取总线控制权的方法，由DMA控制器送出内存地址，发出内存读、设备写或设备读、内存写的控制信号来完成内存与设备之间的直接数据传输，而不用CPU干预。当一次DMA传送的数据全部完成时，才产生中断通知CPU主要用于块设备与主存之间进行批量数据传输设备1内存CPU23564中断操作码寄存器操作数寄存器Busy寄存器状态寄存器数据缓冲区控制器直接内存存取（DMA

8、）方式DMA数据传输过程优点:比中断效率高，CPU不负责控制设备与内存间数据传输.缺点:（1）窃取总线周期若出现DMA和CPU同时访问主存,CPU总是将总线占有权让