《操作系统》ppt电子课件教案第五章设备管理

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1、第五章设备管理§1I/O系统硬件原理§2I/O系统的任务与功能§3基本数据结构§4I/O缓冲区及其管理§5设备分配§6SPOOLing系统§7设备驱动§8磁盘的调度与驱动§１Ｉ／Ｏ系统硬件原理１.１设备分类（１）外部存贮器简称外存，作为内存的辅助存贮器，外存容量要远大于内存，它是计算机用来保存信息的装置，所有需要暂时或永久保存的系统和用户信息都可存贮在外存中。这类设备主要有磁盘和磁带，由于存贮在外存的存贮介质（磁盘片或磁带卷）上的信息在物理上都是以定长的字符块形式组织的，且以字符块为单位进行存取的，因此也称这类设备为面向字符块的设备或简称块设备。一个字符块

2、的大小通常是在１２８至１０２４个字符之间，每一块都有自己的地址，设备支持查找寻址操作。块设备的基本特性是：程序可以读写存贮介质上的任何一块。（２）字符输入输出设备字符输入设备用来接受来自计算机外部环境的信息，例如键盘、纸带或卡片输入机、图形输入仪、鼠标器、Ａ／Ｄ转换器等。字符输出设备则是用来将计算机内的信息送向计算机外部环境，例如显示器、打印机、纸带或卡片输出机、绘图仪、Ｄ／Ａ转换器等。由于这类设备都是以字符为单位进行连续字符流传输的，它们不支持任何块结构，也不可寻址及支持任何查找操作，故常把这类设备称为面向字符的设备或简称字符设备。１.２输入输出方式１.通道结构图

3、５-１通道结构的计算机硬件组织下面是通道结构中的Ｉ／Ｏ三级控制的大致工作过程：（１）当ＣＰＵ需要从或向Ｉ／Ｏ设备传输数据时，首先在内存组织通道程序，并将该程序的起始地址放入一个称为通道地址字（ＣＡＷ）的固定内存单元中。然后执行“启动Ｉ／Ｏ”指令，若此时该通道可用，则启动成功，ＣＰＵ可转去执行其它的任务或继续执行原来的程序。（２）通道被启动后，根据ＣＡＷ访问通道程序，逐条执行ＣＣＷ，向控制器发出Ｉ／Ｏ操作命令，启动控制器完成实际操作。当执行完通道程序时，通道取出Ｉ／Ｏ结果状态和设备状态送指定寄存器，并向ＣＰＵ发出中断信号，通告此次Ｉ／Ｏ任务的正常或异常完成情况，同时自行停

4、止。（３）控制器执行Ｉ／Ｏ操作命令，控制设备进行数据传输。它启动设备读入数据经通道送往指定的内存区，或将指定内存区中的数据经通道送设备输出。２.总线结构图５-２总线结构的计算机硬件组织（１）中断处理方式这是一种由ＣＰＵ直接干预的Ｉ／Ｏ方式，一般用于字符设备。ＣＰＵ启动控制器执行Ｉ／Ｏ操作命令，控制器控制设备操作，将设备读入的数据经总线送入ＣＰＵ累加器中，或将ＣＰＵ累加器中的数据经总线送设备输出。每当传输完一个字符，控制器就向ＣＰＵ发一中断信号，ＣＰＵ每执行完一条指令后便查询是否有中断请求，若有则先保护ＣＰＵ现场，然后从控制器寄存器中读取Ｉ／Ｏ结果状态和设备状态，决定是否

5、继续下一字符的传输。由于每交换一个字符，ＣＰＵ就要响应并处理一次中断，故这种Ｉ／Ｏ方式对于一次需要交换大量数据的情况就不适应了。这种Ｉ／Ｏ方式也称字符传输方式。（２）ＤＭＡ方式对于块设备多采用直接内存访问方式——ＤＭＡ（ＤｉｒｅｃｔＭｅｍｏｒｙＡｃｃｅｓｓ），亦称块传输方式。ＤＭＡ采用“窃取”总线控制权的方法，它要求ＣＰＵ暂停使用若干总线周期，由ＤＭＡ控制器占用总线来进行数据块交换，在数据块交换期间，不产生中断，不需要ＣＰＵ干预，在Ｉ／Ｏ设备与内存之间通过总线进行直接数据交换，只当一数据块传输完之后，ＤＭＡ控制器才归还总线，向ＣＰＵ发出中断信号。在ＣＰＵ启动ＤＭＡ交换时

6、，必须向ＤＭＡ控制器提供存放数据块的内存区地址以及数据块长度（即传输字节数）。ＤＭＡ控制器执行输入操作时，将从块设备读入的数据经总线送入指定内存区，直至长度计数值为０，输出路线则相反。图５-３ＤＭＡ方式§2I/O系统的任务与功能Ｉ／Ｏ系统的基本目标是：向用户提供使用Ｉ／Ｏ设备的方便接口以及充分发挥设备的利用率。１.隐蔽设备的物理特性２.提供独立于设备的统一接口对于多数系统来说，它们有如下的一般格式：ｒｅａｄ（ｌｏｇｎａｍｅ，ａｄｄｒ，ｓｉｚｅ）；ｗｒｉｔｅ（ｌｏｇｎａｍｅ，ａｄｄｒ，ｓｉｚｅ）；其中：参数logname为设备的逻辑名；addr是所传输信息在内存的源／

7、目的地址；size是要求传输的字节数。３.设备的分配在多道程序系统中，用户进程竞争使用有限的设备资源。按设备的使用方式，设备有独享设备和共享设备之分。一台独享设备在一进程使用期间为该进程所独占，其它进程不得插入进行交替使用。４.出错处理出错处理是Ｉ／Ｏ系统的另一重要任务。总的说来，错误应尽可能在硬件层或最接近硬件的软件部分处理。如果控制器或通道能够处理则自行处理，否则由设备驱动程序处理。图５-４Ｉ／Ｏ系统层次结构下面是这三层软件的基本组成及功能。１.Ｉ／Ｏ中断处理程序系统为每类设备设置一个Ｉ／Ｏ中断处理程序，它们的入口地址被存放在