《设备管理教学》ppt课件

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1、第五章设备管理5.1I/O系统5.2I/O控制方式5.3缓冲管理5.4设备分配5.5设备处理5.6磁盘存储器管理5.1I/O系统5.1.1I/O设备1.I/O设备的类型1)按传输速率分类低速设备，每秒钟几个字节至数百个字节，（键盘、鼠标器、语音的输入和输出等设备）中速设备，每秒钟数千个字节至数万个字节。（针式打印机、激光打印机等）高速设备，数百千个字节至数十兆字节。（磁带机、磁盘机、光盘机等）2)按信息交换的单位分类块设备(BlockDevice)，用于存储信息。（以数据块为存取单位），如磁盘

2、，每个盘块的大小为512B~4KB。特征：1、传输速率较高2、可寻址（可随机读/写任一块）；3、DMA方式。字符设备(CharacterDevice)，用于数据的输入和输出。其基本单位是字符，故称为字符设备。如打印机，特征：1、传输速率低2、不可寻址（不能指定源地址和目标地址）3、中断驱动3)按设备的共享属性分类这种分类方式可将I/O设备分为如下三类：独占设备。（临界资源）(2)共享设备。（一段时间允许多个进程同时访问，如磁盘）(3)虚拟设备。（将一个独占设备变换为若干逻辑设备，如CPU）2.

3、设备与控制器之间的接口输出：先到缓冲，再到转换器(信号/数据)输入：先到转换器，再到缓冲控制信号：读操作，写操作，磁头移动等状态：正在读或写，读写完成等5.1.2设备控制器1.设备控制器的基本功能接收和识别命令(CPU的命令。控制寄存器存放命令和参数，译码，如磁盘的read,write,format)2)数据交换(控制器中数据寄存器，CPU/控制器/设备)3)标识和报告设备的状态（状态寄存器）4)地址识别（每个设备都有一个地址，配有地址译码器）5)数据缓冲（IO设备与CPU之间速度矛盾，主机/控制

4、器/设备）6)差错控制（对IO设备传来的数据进行差错检测）2.设备控制器的组成图5-2设备控制器的组成三部分组成：1、设备控制器与处理器的接口三类信号线：数据线、地址线、控制线两类寄存器：数据寄存器、控制状态寄存器2、设备控制器与设备的接口一个控制器可接多个设备，一个接口接一个设备3、IO逻辑实现对设备的控制，CPU启动设备过程：发送控制命令和地址给控制器，IO逻辑接收命令并译码5.1.3I/O通道1.I/O通道(I/OChannel)设备的引入I/O通道是一种特殊的处理机。它具有执行I/O指令

5、的能力，并通过执行通道(I/O)程序来控制I/O操作。IO通道的目的使原来由CPU执行的IO任务承担下来但I/O通道又与一般的处理机不同：指令类型单一，主要局限于与I/O操作有关的指令；通道没有自己的内存，与CPU共享内存。2.通道类型1)字节多路通道(ByteMultiplexorChannel)图5-3字节多路通道的工作原理字节多路通道不适于连接高速设备2)数组选择通道(BlockSelectorChannel)可以连接多台高速设备，只含有一个分配型子通道，在一段时间内只能控制一台设备进行数据

6、传送，并独占该通道。这种通道的利用率很低。3)数组多路通道(BlockMultiplexorChannel)数组多路通道是以上二种通道结合而形成的一种新通道数据传送是按数组方式进行有多个非分配型子通道，数据传输速率很高，通道利用率也高广泛地用于连接多台高、中速的外围设备3.“瓶颈”问题图5-4单通路I/O系统图5-5多通路I/O系统多通路方式：增加通路，不增加通道，通道很贵解决了：瓶颈，增加了可靠性5.1.4总线系统图5-6总线型I/O系统结构对总线的时钟频率，带宽，传输速率要求越来越高。2.局

7、部总线(LocalBus)VESA(VideoElectronicStandardAssociation)总线2)PCI(PeripheralComponentInterface)总线EISA，VESA，PCI，AGP，PCI-Express（1X-16X最高可达到10GB/s）5.2I/O控制方式5.2.1程序I/O方式（轮询方式或忙－等待方式）CPU发出指令后，置busy=1，不断测试busy,直到busy=0表示指令完成CPU的绝大部分时间都处于等待I/O设备完成循环测试中，造成对CPU的

8、极大浪费。图5-7程序I/O和中断驱动方式的流程5.2.2中断驱动I/O控制方式CPU发出IO指令后返回继续执行原任务，控制器完成指令后向CPU发出中断信号，CPU利用花费极短时间处理中断CPU与I/O设备并行工作，提高资源利用率及吞吐量。例如，从终端输入一个字符的时间约为100ms，而将字符送入终端缓冲区的时间小于0.1ms。此方式，CPU约有99.9ms的时间处于忙—等待中。采用中断驱动方式后，CPU可利用这99.9ms的时间去做其它事情，而仅用0.1ms的时间来处理由控制器发