计算机操作系统第6章.ppt

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1、第六章输入/输出系统6.1I/O系统的硬件结构6.2采用通道模型的I/O系统6.3I/O系统的软件组织6.4缓冲技术6.5磁盘的驱动调度6.6设备分配程序6.7WindowsNT的I/O系统6.1I/O系统的硬件结构图6.1按使用特性对设备的分类6.1.1I/O设备类型1.按使用特性分类2.按所属关系分类外部设备按其所属关系可分为系统设备和用户设备。(1)系统设备。这是指在操作系统生成时已经登记在系统中的标准设备，如打印机、磁盘等。时钟也是一个特殊的系统设备，它的全部功能就是按事先定义的时间间隔发出中断。(2)用户设备。这是指在系统生成时未

2、登记在系统中的非标准设备。这类设备通常是由用户提供的，因此该类设备的处理程序也应该由用户提供，并通过适当的手段把这类设备登记在系统中，以便系统能对它实施统一管理。3.按资源分配角度分类独占设备。(2)共享设备。(3)虚拟设备。4.按传输数据数量分类外部设备按传输数据的数量，分为字符设备和块设备。(1)字符设备。每次传输数据以字节为单位的设备称为字符设备，如打印机、终端、键盘等低速设备。(2)块设备。传输以数据块为单位进行的设备称为块设备。如磁盘、磁带等高速外存储器等。6.1.2I/O设备的物理特性1.磁盘图6.2磁盘物理结构概念图表6-1典型的

3、软盘和硬盘的技术参数2.时钟图6.3可编程时钟可编程时钟的优点是它的中断频率可由软件控制。如果使用振荡频率为1MHz的晶体，那么计数器每一微秒接收到一个脉冲，对于16位的寄存器，中断可编程为按1μs至65536μs的间隔发生。时钟硬件所做的工作仅仅是按给定的时间间隔产生中断，其它和时间有关的工作必须由软件(时钟驱动程序)来做。时钟软件的任务包括：①维护日期和时间；②防止进程运行时间超过允许界限；③对CPU使用进行记帐；④处理用户进程提出的时间闹钟系统调用；⑤对系统某些部分提供监视定时器；⑥支持直方图监视和统计信息搜集。3.终端(1)存储

4、映像终端。图6.4存储映像终端直接写入视频RAM视频存储卡上有一个芯片称为视频控制器(VideoController)。这个芯片从视频RAM中取出字符，产生用于驱动显示器(监视器)的视频信号，如图6.4所示。监视器产生水平扫描屏幕的电子束。典型的屏幕有480至1024行，每行640至1200点。这些点称为像素(Pixel)。视频控制器调节电子束，决定一个像素是亮的还是黑的。彩色监视器有三个电子束，分别对应红色、绿色和蓝色。一个简单的单色显示器可显示25行，每行80个字符。每个字符的宽度为9个像素，高度为14个像素(包括字符间的空白)。这种显示器有3

5、50行扫描线，每行扫描线有720个点，每帧每秒重画45至70次。视频控制器被设计成首先从视频RAM中取出80个字符，产生14行扫描线，再取80个字符，再产生14行扫描线，这样一直工作下去。事实上，大多数视频控制器显示每个字符的每行扫描线时，都取一次字符以便在控制器中不需要缓冲。每个字符的9列宽14行高的位模保存在视频控制器的视频ROM中(也可以使用RAM，以支持用户字体)。ROM按12位编址，8位来自字符代码，4位指定扫描线。ROM中每个字节的8位控制8个像素，字符间的第9个像素总是为空。因此屏幕上的每行文本需14×80次存储器访问，也需访问相同次

6、数的字符发生器。对于存储映像显示器，键盘是与显示器分开的，它可能通过一个串行口或并行口和计算机相连。对于每一个键动作，产生CPU中断，键盘中断程序通过读I/O口取得键入的字符。在IBM-PC中，键盘包括一个内嵌的微处理器，通过特殊的串行口和主板上的一个控制芯片通信。任何时刻击键或释放键，都产生一个中断，而且键盘仅仅提供键码，而不是ASCII码。当击A键时，键码(30)被存放于I/O寄存器。输入字符是大写、小写、CTRL-A、ALT-A、-ALT-A，还是其它的组合，则由驱动程序确定。因为驱动程序知道哪些键被按下还没有释放，因此它有足够的信息完成这项

7、工作。虽然键盘接口把全部工作交给了软件，但这提供了很大的灵活性。(2)RS-232终端。图6.5RS-232终端与计算机通信图6.6X-Window系统中的客户和服务器(3)X终端。6.1.3I/O系统的硬件组织1.I/O控制方式循环I/O测试方式。(2)程序中断I/O方式。(3)DMA方式。(4)通道方式。图6.7DMA方式下的数据传输采用DMA方式的数据传输处理过程如下：①当进程要求设备输入数据时，CPU把准备存放输入数据的内存始址及要传输的字节数分别送入DMA控制器中的内存地址寄存器和传送字节计数器；另外，还要把控制/状态寄存器中的中断允许

8、位和启动位置1，从而启动设备，开始数据输入。②发出数据输入要求的进程进入阻塞状态，进程调度程序调度其它进程占有CPU。③