《设备管理》PPT课件(I)

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1、操作系统第5章设备管理刘扬河南大学计算机与信息工程学院课程主要内容操作系统引论（1章）进程管理（2章）处理机调度与死锁（3章）存储管理（4章）设备管理（5章）文件管理（6章）操作系统接口（7章）第5章设备管理5.1I/O系统5.2I/O控制方式5.3缓冲管理5.4I/O软件5.5设备分配5.6磁盘存储器管理5.1I/O系统I/O设备设备控制器I/O通道I/O系统的总线系统I/O系统的结构I/O系统的组成:I/O设备、设备控制器、I/O通道总线及相应软件5.1.1I/O设备1、I/O设备的类型独享设备1）按使用方式/共享属性分类共享设备虚拟

2、设备独享/独占设备：在一段时间内只能有一个进程使用的设备，一般为低速I/O设备（如打印机，磁带等）共享设备：在一段时间内可有多个进程共同使用的设备，多个进程以交叉的方式来使用设备，其资源利用率高（如硬盘）5.1.1I/O设备1、I/O设备的类型虚设备:在一类设备上模拟另一类设备，常用共享设备模拟独占设备，用高速设备模拟低速设备，被模拟的设备称为虚设备目的：将慢速的独占设备改造成多个用户可共享的设备，提高设备的利用率（实例：SPOOLing技术，利用虚设备技术——用硬盘模拟输入输出设备）低速设备2）按传输速率分类中速设备高速设备低速设备：传

3、输速率仅为每秒钟几个字节至数百个字节的设备。典型的有：键盘、鼠标、语音的输入/输出等。中速设备：传输速率仅为每秒钟数千个字节至数数万个字节的设备。典型的有：打印机等。高速设备：传输速率仅为每秒钟数百千个字节至数十兆字节的设备。典型的有：磁盘机、磁带机、光盘机等。104键盘鼠标针打软盘激打光盘硬盘108107106105103102101典型I/O设备数据传输率(单位：bps/每秒字节)块设备3）按信息交换的单位分类字符设备字符设备:传输单位为字节，或字符，属于无结构/慢速设备。常见的交互式终端、打印机等。这种设备的特性是：不可寻址、I/O

4、中断驱动和传输率相对较低。块设备:通常作为存储设备，传输以块为单位。通常块大小为512到4KB之间，典型的为磁盘。其特性是：可寻址、一般为DMA方式。存储设备(外存/后备存储器/辅助存储器)4)按设备的使用特性分类:输入设备输入/输出设备交互式设备输出设备I／O设备一般由机械和电子两部分组成,把这两部分分开处理，以提供更加模块化，更加通用的设计.（1）物理设备机械部分是设备本身（物理装置）（2）设备控制器电子部分叫做设备控制器或适配器。在小型和微型机中，它常采用印刷电路卡插入计算机中（接口）完成设备与主机间的连接和通讯控制器卡上通常有一个

5、插座，通过电缆与设备相连控制器和设备之间的接口是一个标准接口，它符合ANSI、IEEE或ISO这样的国际标准5.1.2设备控制器5.1.2设备控制器设备控制器功能：是处于CPU与I/O设备之间的接口，接收CPU发来的命令，并控制I/O设备工作，是一个可编址设备。接收命令并进行译码（控制寄存器）—接收来自主机的命令，译成驱动设备的操作码；同时将地址译码以对应多个设备中的一个。进行数据交换（数据寄存器）—根据主机I/O命令实现CPU与控制器、控制器与设备间数据交换。记录和报告设备状态（状态寄存器）—记录控制设备当前状态，用于CPU进行I/O时

6、的查询条件。设备控制器的组成设备与控制器间的接口设备控制器的组成5.1.3I/O通道一、引入通道一种特殊的执行I/O指令的处理机，与CPU共享内存，可以有自己的总线。引入目的解脱CPU对I/O的组织、管理。CPU只需发送I/O命令给通道，通道通过调用内存中的相应通道程序完成任务。5.1.3I/O通道二、类型根据信息交换方式的不同，通道可分成以下几种类型：字节多路通道数组选择通道数组多路通道注：“瓶颈”问题字节多路通道其工作原理:数据传送是按字节交叉方式工作。1)有一个主通道。2)含有多个非分配型子通道A、B、C……3)每子通道通过一控制器

7、与一台中/低速的I/O设备相连，可同时并行向主通道传数据。4)各子通道以时间片轮转方式按字节交叉使用主通道。优点：可连多台中/低速设备；能分时并行操作。缺点：传输率较低。图5-3字节多路通道的工作原理数组选择通道其工作原理:数据传送是按成组方式进行工作，每次传输一批数据。主要用于连接高速I/O设备。1)有一个主通道2)含有一个分配型子通道3)子通道在一段时间内只能选择一个子通道程序执行控制一台设备数据传送。优点：可连多台高速设备；传输率较高。缺点：某台设备占用子通道不传数据，而使主通道闲置，其它设备也不能传数据。所以通道的利用率很低。数组

8、多路通道数据传送仍是按数组方式工作。工作原理（结合两者：并行+数组）1)有一个主通道2)含有多个非分配型子通道A、B、C……3)各子通道以时间片轮转方式按数组方式使用主通道。优点：可连多台高/