计算机操作系统教程 第5章 设备管理

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1、第5章设备管理5.0本章学习目标5.1概述5.2数据传送控制方式5.3缓冲技术5.4设备分配技术5.5I/O进程控制开始本章学习目标l数据传送的4种方式：程序直接控制方式、中断控制方式、DMA方式及通道控制方式l缓冲技术的概念及4种常见的缓冲技术：单缓冲、双缓冲、环形缓冲及缓冲池l设备分配的概念及3种设备分配技术：独享分配、共享分配及虚拟分配lI/O进程控制返回本章首页5.1概述5.1.1设备类型5.1.2设备管理的任务和功能5.1.3设备控制块（DCB）返回本章首页5.1.1设备类型1．按操作特性分类按这种方法可把外部

2、设备分为存储设备和输入/输出（I/O）设备。2．按传输的信息特点分类按这种方法可将外部设备分为字符设备和块设备。3．按系统和用户的观点分类按这种观点可将外部设备分为系统设备和用户设备两种。返回本节5.1.2设备管理的任务和功能1．设备管理的任务提高设备的利用率设备独立性字符编码的独立性设备处理的一致性下一页2．设备管理的功能（1）监视系统中所有设备的状态。（2）设备分配。（3）设备控制是设备管理的另一功能，它包括设备驱动和设备中断处理，具体的工作过程是在设备处理的程序中发出驱动某设备工作的I/O指令后，再执行相应的中断处

3、理。返回本节5.1.3设备控制块（DCB）1．DCB结构（1）设备名。它是设备的系统名，即设备的物理名。（2）设备属性。它描述设备的特性和类型。（3）设备状态。它描述设备现行的状态。（4）设备的I/O总线地址。它反映现行设备在I/O总线上的具体地址。（5）等待列指针。它存放要求使用该设备的队列的首指针。下一页下一页2．设备转换表对设备的请求最终要转换成对设备的I/O操作，系统可以通过操作码检索“设备转换表”找到相应的设备地址。该转换表包含设备特定的I/O例行程序地址，不具备相应操作的设备在其例行程序地址上要填“-1”。返

4、回本节5.2数据传送控制方式5.2.1程序直接控制方式5.2.2中断控制方式5.2.3DMA方式5.2.4通道控制方式返回本章首页5.2.1程序直接控制方式程序直接控制方式是指由程序直接控制内存或CPU和外围设备之间进行信息传送的方式。通常又称为“忙—等”方式或循环测试方式。在数据传送过程中，必不可少的一个硬件设备是I/O控制器，它是操作系统软件和硬件设备之间的接口，它接收CPU的命令，并控制I/O设备进行实际的操作。下一页下面讲述程序直接控制方式的工作过程。由于数据传送过程中输入和输出的情况比较类似，下面只给出输出数据

5、时的工作过程。（1）把一个启动位为“1”的控制字写入该设备的控制状态寄存器。（2）将需输出数据送到数据缓冲寄存器。（3）测试控制状态寄存中的“完成位”，若为0，转（2），否则转（4）。（4）输出设备将数据缓冲寄存器中的数据取走进行实际的输出。返回本节5.2.2中断控制方式（1）进程需要数据时，将允许启动和允许中断的控制字写入设备控制状态寄存器中，启动该设备进行输入操作。（2）该进程放弃处理机，等待输入的完成。操作系统进程调度程序调度其他就绪进程占用处理机。（3）当输入完成时，输入设备通过中断请求线向CPU发出中断请求信号

6、。CPU在接收到中断信号之后，转向中断处理程序。（4）中断处理程序首先保护现场，然后把输入缓冲寄存器中的数据传送到某一特定单元中去，同时将等待输入完成的那个进程唤醒，进入就绪状态，最后恢复现场，并返回到被中断的进程继续执行。（5）在以后的某一时刻，操作系统进程调度程序选中提出的请求并得到获取数据的进程，该进程从约定的内存特定单元中取出数据继续工作。返回本节5.2.3DMA方式DMA方式又称直接存储器访问（DirectMemoryAccess）方式。其基本思想是在外设和主存之间开辟直接的数据交换通路。DMA方式的特点是：（

7、1）数据传送的基本单位是数据块。（2）所传送的数据是从设备送内存，或者相反。（3）仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时，才需中断CPU，请求干预，整块数据的传送是在DMA控制器控制下完成的。下一页图5.1DMA控制器与其他部件的关系返回本节5.2.4通道控制方式通道控制方式与DMA方式相类似，也是一种内存和设备直接进行数据交换的方式。与DMA方式不同的是，在通道控制方式中，数据传送方向存放数据的内存始址及传送的数据块长度均由一个专门负责输入/输出的硬件——通道来控制。另外，DMA方式每台设备至少需要一个DMA控制器，而

8、通道控制方式中，一个通道可控制多台设备与内存进行数据交换。下一页每条通道指令应包含以下的内容：（1）操作码：它规定指令所执行的操作，如读、写等。（2）内存地址：标明数据传送时内存的首址。（3）计数：表示传送数据的字节数。（4）通道程序结束位R0，表示通道程序是否结束。（5）记录结束标志R1，表示所处理的记录是否结束。