计算机设备管理培训讲义.ppt

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1、第6章设备管理主要内容:I/O硬件概念,设备控制器,I/O控制方式,缓冲技术,设备的使用方法,I/O层次结构,磁盘管理。重点:I/O控制方式,缓冲区的种类,设备分配。难点:磁盘调度策略。16.1I/O硬件概念6.1.1常见I/O设备的分类人-机交互设备(字节设备,发送接收以字节方式);存储类型设备(块设备,读写以数据块方式);网络通信的设备(网络接口,调制解调器)。I/O设备的特点:数据传输速率不同;数据传输单位不同;控制的复杂性不同;设备的使用目的不同。26.1.2设备控制器(I/O部件)I/O设备通常包含一个机械部件和一个电子部件

2、。电子部件被称做I/O部件或设备控制器(当控制多设备时:又叫总线控制器,通道控制器)。操作系统一般只与控制器打交道,而非设备本身。早期CPU是直接控制外部设备的,在引入I/O部件之后,才将CPU逐渐从与外设的交互细节中解放出来。3PCI总线控制器处理机(CPU)主存显卡SCSI控制器外设控制器控制器控制器连接CPU、主存、设备控制器和I/O设备模型磁带磁盘外设SCSI总线主板总线设备控制器的功能:1、接收和识别来自CPU的各种命令;2、实现CPU与设备控制器、设备控制器与设备之间的数据交换;3、记录设备的状态供CPU查询;4、识别控制

3、器的每个设备的地址;4控制器的任务是在外部设备与CPU(内存)之间完成比特流(外部信号)和字节流(块)之间的转换。磁盘控制器主存比特流字节块转换、校验CRT控制器主存显示信号字节流转换5每个控制器都有一些用来与CPU通信的I/O寄存器。操作系统通过向这些寄存器写命令字来执行I/O功能。键盘060-063硬盘320–32F打印机378–37F软盘3F0–3F7彩色显示器3D0–3DFIBMPC的I/O地址内存0kn控制器寄存器66.1.3I/O控制方式(1)程序直接控制方式CPU直接控制I/O操作的全过程,包括测试设备状态、发送读写命令

4、、传输数据。处理机指令集应包括下述指令:控制类测试类读写类I/O。示例:从外存读数据块到内存(见下一页)7向I/O部件发读命令读I/O部件状态寄存器从I/O部件读字数据将该字写入内存未OKOK出错OK下一指令未OK检查状态该块读完?8(2)中断控制方式优点:CPU不必反复测试,节约了时间。缺点:仍然消耗大量的CPU时间9(3)DMA方式DMA方式的思想:DMA(直接内存存取)负责完成整个I/O操作,无需再经CPU寄存器转发,并在全部传输结束后向CPU发中断信号。给DMA的命令中应包括:操作类别I/O设备的地址读写数据在内存中的首地址字

5、数。向DMA部件发读命令读取DMA部件状态中断中断后续处理注意:DMA的功能可以以独立的DMA部件在系统I/O总线上完成,也可整合到I/O部件中完成。缺点:DMA部件需与CPU竞争控制总线。10CPU直接控制外部设备引入I/O部件,CPU直接控制I/O部件引入中断驱动方式引入DMAI/O通道或I/O处理机输入/输出控制方式的发展过程116.2设备输入/输出子系统6.2.1设备的使用方法一、设备相关系统调用1.申请设备。有参数说明要申请的设备名称,操作系统处理该系统调用时,会按照设备特性(独占还是分时共享)及设备的占用情况来分配设备,返

6、回申请是否成功标志。2.将数据写入设备。3.从设备读取数据。4.释放设备。这是申请设备的逆操作。说明:主要用于对人-机交互类慢速外设的使用。对于存储类外设,用户程序一般通过文件的访问。12在UNIX中,可以用如下的系统调用将数据直接写入软盘中:fd=open(“/dev/fd0”,O_RDRW);申请软盘,/dev/fd0代表软盘。lseek(fd,1024,0);将软盘当前I/O位置定位到1024字节位置。Write(fd,buffer,36);将用户缓冲区buffer中的36个字节写入软盘1024~1059字节。……close(f

7、d);释放软盘。13二、独占式使用设备如打印机申请空闲吗?独占使用等待释放14三、分时式共享使用设备独占式使用设备时,设备利用率很低。分时式共享:以一次I/O为单位分时使用设备,不同进程的I/O操作请求以排队方式分时地占用设备进行I/O。注:针对一个逻辑上完整的数据的I/O操作。如:终端设备,磁盘设备。15请求设备请求I/O释放设备P1请求设备请求I/O释放设备P2请求请求设备图6.6排队使用设备16产生的条件:I/O中断;通道;磁盘。SPOOLing(并发的外部设备联机操作)的基本思想:用磁盘设备作为主机的直接输入/输出设备,即主机

8、从磁盘选取作业并运行,结果也存在磁盘中。相应的通道则负责磁盘与慢速外设的传输。利用通道和中断机制,作业的输入/输出与作业在处理机上的运行可很好地并行起来。四、以SPOOLing方式使用外设17通道主机通道通道卡片机打印机

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