计算机操作系统之设备管理

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1、第五章设备管理内容（1）I/O组成；（2）I/O控制；指I/O完成的方法。（3）I/O缓冲；（4）I/O分配；（5）I/O处理。指具体I/O命令的完成过程。2007年1月5.1I/O系统5.1.1I/O设备一、类型（1）按速度分：低：键盘中：打印机高：磁盘。（2）按信息交换单位分：块：磁盘,可定位字符：打印机、串口2007年1月5.1I/O系统5.1.1I/O设备一、类型（3）按设备的共享属性分：独占：如临界资源共享：磁盘虚拟：如本身因有属性为独占，但将其虚拟为几个逻辑设备。2007年1月二、设备与控制器之间的接口CPU―――控制器―――设备三种

2、信号：（1）数据信号：——双向，有缓存（2）控制信号：控制器发给设备；要求其完成相关操作（3）状态信号：设备发给控制器，后者“显示”；2007年1月5.1.2设备控制器一、功能：接收CPU命令，控制I/O设备工作，解放CPU.1.接收和识别命令。应有相应的Register来存放命令（“命令寄存器”）2.数据交换CPU——控制器的数据寄存器——设备3.设备状态的了解和报告设备控制器中应用“状态寄存器”4.地址识别CPU通过“地址”与设备通信，设备控制器应能识别它所控制的设备地址以及其各寄存器的地址。2007年1月5.1.3I/O通道二、类型1.字节

3、多路通道：各子通道以时间片轮转方式共享通道，适用于低、中速设备。2.数组选择通道：无子通道，仅一主通道，某时间由某设备独占，适于高速设备。但通道未共享，利用率低。3.数组多路通道：在图5-3中，多子通道不是以时间片方式，而是“按需分配”，综合了前面2种通道类型的优点。2007年1月5.1.3I/O通道三、通道“瓶颈”问题：解决：采用复联方式2007年1月5.1.4总线系统微机I/O系统设备控制器：与设备是一对多的关系，系统是通过它与设备通信系统―――设备控制器―――设备如：磁盘设备，打印设备缺点：总线瓶颈，CPU瓶颈。2007年1月5.1.4总线

4、系统二、主机I/O系统（四级结构）计算机―――I/O通道―――I/O控制器―――设备I/O通道相当于对总线的扩展，即多总线方式，且通道有一定的智能性，能与CPU并行，解决其负担。ISA/EISA/LocalBUS/VESA/PCI2007年1月5.2I/O控制方式四个阶段：程序I/O——中断I/O——DMA控制——通道控制。趋势：提高并行度。2007年1月5.2.1程序I/O（忙—等待方式）查询方式：CPU需花代价不断查询I/O状态（图5-7a）CPU资源浪费极大。例：99.9ms+0.1ms=100ms在5.2.1中99.9在忙等2007年1月

5、5.2.2中断I/O向I/O发命令——返回——执行其它任务。I/O中断产生——CPU转相应中断处理程序。如：读数据，读完后以中断方式通知CPU，CPU完成数据从I/O——内存2007年1月5.2.3DMA方式——用于块设备中一、引入中断I/O，CPU“字节”干预一次，即每“字节”传送产生一次中断。DMA：由DMA控制器直接控制总线传递数据块。DMA控制器完成从I/O——内存。图5.7c二、组成一组寄存器+控制逻辑。图5.8CR（命令/状态）;DR（数据）;MAR（内存地址）;DC（计数）DMA工作过程（例）：2007年1月DirectMemory

6、Access2007年1月2007年1月DMA2007年1月DMA2007年1月DMA2007年1月5.2.4I/O通道控制方式DMA方式：对需多离散块的读取仍需要多次中断。通道方式：CPU只需给出（1）通道程序首址。（2）要访问I/O设备后，通道程序就可完成一组块操作操作PRecord计数内存地址Write0080813Write001401034Write01605830Write013002000Write002501850Write112507202007年1月5.3缓冲管理目的：组织管理、分配、释放buffer5.3.1引入1.缓和CP

7、U和I/O设备间速度不匹配的矛盾。如：计算——打印buffer——打印2.减少对CPU的中断频率如：buffer越大，“buffer满”信号发生频率越低。3.提高CPU和I/O并行性2007年1月5.3缓冲管理5.3.2单缓冲由于C和T可并行，M和C或M和T不能并行，因此处理一块数据时间：Max(C,T)+M用户进程何时阻塞？2007年1月5.3缓冲管理5.3.2双缓冲效率有所提高，且进一步平滑了传输峰值。系统处理一块数据的时间约为：MAX(C,T)收发可双向同时传送。（图5－13）2007年1月5.3缓冲管理5.3.3循环多缓冲类型：R:空缓冲

8、；G：满缓冲；C：当前缓冲2007年1月循环多缓冲的使用nextg：指示下一个应取数据的bufnexti：指示下一个空buf.Getbu