设备管理概论.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

2、机械部件和一个电子部件。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、3、记录设备的状态供CPU查询;4、识别控制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

4、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、传输数据。处理机指令集应包括指令下述指令：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向I/O部件发读命令读I/O部件状态寄存器检查状态从I/O部件读字数据将该字写入内存OK出错处理该块读完OK下一指令未OK中断（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

5、（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数。向DMA部件发读命令读取DMA部件状态中断下一条指令注意：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

6、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”

7、,O＿RDRW)；申请软盘，/dev/fd0代表软盘。lseek(fd,1004,0)；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(fd)；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

8、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