操作系统原理与实践及设备管理(.ppt

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1、第四章设备管理第四章设备管理目的与要求：掌握I/O控制的硬件基础和基本原理、设备的管理和使用方法。理解设备管理子系统的层次，功能及技术、了解磁盘设备。重点与难点：I/O控制方式设备使用方法I/O软件层次结构设备驱动程序缓冲技术磁盘调度方法作业：2，5，9，10，14第四章设备管理4.1I/O硬件4.2I/O软件4.3存储设备4.1I/O硬件4.1.1I/O总线4.1.2设备控制器4.1.3直接存储器访问控制器4.1.4I/O通道4.1.5I/O设备4.1.6I/O控制方式4.1.1I/O总线第一章所讲的总线的基本内容。PCI总线

2、及其配置空间4.1.2设备控制器I/O设备通常包含一个机械部件和一个电子部件。电子部件被称作I/O部件或设备控制器。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，I/O指令功能加强，才将CPU逐渐从与外设的交互细节中解放出来。4.1.2设备控制器数据寄存器控制/状态寄存器I/O逻辑控制器与设备接口1控制器与设备接口N-------......CPU与控制器接口控制器与设备接口数据线地址线控制线数据信号数据信号状态信号状态信号控制信号控制信号设备控制器的组成设备控制器的组成设备控

3、制器的组成控制器的基本结构总线控制器处理机主存显卡外设光盘磁盘SCSI控制器外设控制器控制器控制器PCI外设总线4.1.2设备控制器各部件的连接模型主版总线SCSI是一种智能的通用接口标准磁盘控制器主存比特流字节块转换、校验字符显示控制器主存经CPU显示信号字节流转换4.1.2设备控制器控制器的任务：在外部设备与内存（或CPU）之间完成比特流（或外部信号）和字节块（流）之间的转换。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4.1.2设备控制器每个控制器

4、都有一些用来与CPU通讯的I/O寄存器。操作系统通过向这些寄存器写命令字来实现I/O功能。4.1.3直接存储器访问控制器DMA控制器内部结构及外部接口关系CPUDRMARDCCRI/O控制逻辑计数器...DMA控制器系统总线主机与控制器接口4.1.3直接存储器访问控制器指令/状态寄存器CR内存地址寄存器MAR数据寄存器DR数据计数器DC4.1.3直接存储器访问控制器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。读写内存时，DMA部件需要控制总线，CPU可能在涉及存储访问时因此而忙等待。定义

5、：通道是独立于CPU的专门负责数据输入/输出传输工作的处理机，对外部设备实现统一管理，代替CPU对输入/输出操作进行控制，从而使输入，输出操作可与CPU并行操作。通道又称输入输出处理机，术语“通道”专指专门用来负责输入输出工作的处理机（简称Ｉ/Ｏ处理机）。比起中央处理机ＣＰＵ来，通道是一个比ＣＰＵ功能较弱、速度较慢、价格较为便宜的处理机。但“通道”一词在微型机中常指与ＤＭＡ或与Ｉ/Ｏ处理机相连设备的单纯的数据传送通路，它并不具有处理机的功能。4.1.4I/O通道4.1.4I/O通道1.引入通道的目的为了使CPU从I/O事务中解脱

6、出来，同时为了提高CPU与设备，设备与设备之间的并行工作能力2.通道类型字节多路通道:通常按字节交叉的方式工作，适用于低速Ｉ/Ｏ设备。数组选择通道:按成组方式进行数据传输，适用于高速Ｉ/Ｏ设备。数组多路通道:综合前二个优点（数据传送率和通道利用率都较高）。4.1.4I/O通道1)字节多路通道字节多路通道以字节为单位传输信息，它可以分时地执行多个通道程序。当一个通道程序控制某台设备传送一个字节后，通道硬件就控制转去执行另一个通道程序，控制另一台设备传送信息。主要连接以字节为单位的低速I/O设备。如打印机，终端。以字节为单位交叉传输

7、，当一台传送一个字节后，立即转去为另一台传送字节。4.1.4I/O通道2)数组选择通道数组选择通道是以成组方式工作的，即每次传送一批数据，故传送速度很高。选择通道在一段时间内只能执行一个通道程序，只允许一台设备进行数据传输当这台设备数据传输完成后，再选择与通道连接的另一台设备，执行它的相应的通道程序主要连接磁盘，磁带等高速I/O设备4.1.4I/O通道4.1.4I/O通道数组选择通道3)数组多路通道数组多路通道结合了选择通道传送速度高和字节多路通道能进行分时并行操作的优点。它先为一台设备执行一条通道指令，然后自动转接，为另一台设

8、备执行一条通道指令主要连接高速设备这样，对于连接多台磁盘机的数组多路通道，它可以启动它们同时执行移臂定位操作，然后，按序交叉地传输一批批数据。数据多路通道实际上是对通道程序采用多道程序设计的硬件实现4.1.4I/O通道3.硬件连接结构系统总线I/O总线I/O控制