第7章 输入输出系统

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1、7.1I/O系统的功能、模型和接口7.2I/O设备和设备控制器7.3I/O中断7.4设备驱动程序7.5设备分配与回收7.6假脱机技术7.7缓冲区管理7.8磁盘存储器的性能和调度第七章输入输出系统7.1I/O系统的功能、模型和接口第七章输入输出系统7.1I/O系统的功能、模型和接口★I/O系统管理的主要对象I/O设备和相应的设备控制器。★主要的任务完成用户提出的I/O请求提高I/O速率提高设备的利用率为更高层的进程方便地使用这些设备提供手段。7.1.1I/O系统的基本功能1.隐藏物理设备的细节2.与设备的无关性

2、3.提高处理机和I/O设备的利用率4.对I/O设备进行控制5.能确保对设备的正确共享6.错误处理用户打印时使用/dev/printer，可以调用任何空闲打印机7.1.3I/O系统接口1.块设备接口：是块设备管理程序与高层之间的接口。2.流设备接口：是流设备管理程序与高层之间的接口，又称字符设备接口。3.网络通信接口：操作系统也必须提供相应的网络软件和网络通信接口，使计算机能通过网络与网络上的其它计算机进行通信，或上网浏览。7.1.3I/O系统接口7.2I/O设备和设备控制器第七章输入输出系统7.2.1I/O设

3、备⑴I/O设备的类型★按使用特性分类①存储设备，也称外存、辅存，是用以存储信息的主要设备。该类设备存取速度较内存慢，但容量却大得多，价格也便宜。②I/O设备，它又可分为输入设备、输出设备和交互式设备。7.2.1I/O设备⑴I/O设备的类型★按传输速率分类①低速设备：其传输速率仅为每秒钟几个字节至数百个字节的一类设备，如键盘、鼠标器。②中速设备：传输速率在每秒钟数千个字节至数十万个字节的一类设备，如行式打印机、激光打印机等。③高速设备：传输速率在数十万字节至千兆字节的一类设备，如磁带机、磁盘机、光盘机等。7.2

4、.2设备控制器7.2.2设备控制器⑴设备控制器的基本功能①接收和识别命令②数据交换③标识和报告设备的状态④地址识别⑤数据缓冲区⑥差错控制7.2.2设备控制器⑵设备控制器的组成①设备控制器与处理机的接口：用于实现CPU与设备控制器之间的通信，接口中共有三类信号线：数据线、地址线和控制线。②设备控制器与设备的接口：控制器中有一个或多个设备接口。在每个接口中都存在数据、控制和状态三种类型的信号。③I/O逻辑：I/O逻辑用于实现对设备的控制，接收CPU命令和地址译码。7.2.2设备控制器⑵设备控制器的组成2.设备控制

5、器⑵设备控制器的组成7.3中断和中断处理程序第七章输入输出系统7.3.1中断概述中断：CPU对I/O设备发来的中断信号的一种响应，中断是由外部设备引起的，又称外中断。7.3.2中断处理过程7.4设备驱动程序第七章输入输出系统设备驱动程序的功能(1)接收命令和参数；(2)检查用户I/O请求的合法性；(3)发出I/O命令；(4)及时响应并处理由设备控制器发来的中断请求。7.4.1设备驱动程序概述★设备驱动程序的处理过程1.将抽象要求转换为具体要求。2.对服务请求进行校验。3.检查设备的状态。4.传送必要的参数。5

6、.启动I/O设备。7.4.2设备驱动程序的处理过程7.4.3对I/O设备的控制方式★I/O控制方式的宗旨尽量减少主机对I/O控制的干预，把主机从繁杂的I/O控制事务中解脱出来，以便更多地去完成数据处理任务。7.4.3对I/O设备的控制方式1.程序直接控制方式以字（节）为单位传输。CPU的绝大部分时间，都处于等待I/O设备完成数据I/O的循环测试中，造成对CPU的极大浪费。7.4.3对I/O设备的控制方式2.中断控制方式以字（节）为单位传输。CPU和I/O设备可并行工作。中断控制方式可以成百倍地提高CPU的利用

7、率。7.4.3对I/O设备的控制方式3.直接存储器访问方式①数据传输的基本单位是数据块；②所传送的数据，是从设备直接送入内存的，或者相反；③仅在传送一个数据块的开始和结束时，才需CPU干预，整块数据的传送是在控制器的控制下完成的。DMA方式又进一步提高了CPU与I/O设备的并行操作程度。3.直接存储器访问方式（2）DMA控制器的组成①主机与DMA控制器的接口；②DMA控制器与块设备的接口；③I/O控制逻辑。为了实现在主机与控制器之间，成块数据的直接交换，必须在DMA控制器中，设置如下四类寄存器：①命令/状态寄

8、存器CR；②内存地址寄存器MAR；③数据寄存器DR；④数据计数器DC。3.直接存储器访问方式（2）DMA控制器的组成3.直接存储器访问方式（3）DMA工作过程返回4.I/O通道控制方式I/O通道是一种专门负责数据传输的处理器。I/O通道方式把对一个数据块的为单位的干预，减少为对一组数据块的干预。返回操作R0R1计数内存地址WRITE0080813WRITE001401034WRITE01605830