软件技术基础-OS设备管理.ppt

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1、2.5设备管理2.5设备管理设备管理是操作系统最基本、最繁杂的组成部分。且与硬件的关系最密切。2.5.1设备管理概述外设按功能分为两类{I/O设备存储设备I/O设备输入设备—模拟信号数字信号（A/D转换）输出设备—数字信号模拟信号（D/A转换）一、I/O设备及分类存储设备存取控制部分（控制电路伺服系统、读写控制电路、磁头、光头等）信息载体（磁盘、磁带、光盘等）按传输速度低速：键盘、鼠标中速：打印机高速：磁盘按信息交换单位块设备：信息传输以块为单位字符设备：信息传输以字节为单位按分配方式独占设备：

2、在一段时间只允许一个进程访问的设备。打印机共享设备：在一段时间允许多个进程同时访问的设备。磁盘虚拟设备：将独占设备虚拟为多台虚拟设备独占设备虚拟为共享设备设备管理的基本任务是：（1）控制I/O操作，进行设备分配，提高CPU与设备之间的并行工作程度。协调和保证设备的高效工作。（2）向用户提供一个使用设备的方便接口。完成用户的I/O请求。二、设备管理的任务和功能设备管理的功能：建立统一的独立于设备的接口。按照设备类型和相应算法，进行设备的分配与回收。进行设备驱动，实现真正的I/O操作及设备间的并行操作。实现

3、输入输出缓冲区管理，解决高速CPU与慢速设备速度不匹配问题。实现虚拟设备管理。1.微机I/O系统CPU通过总线与设备控制器相连接，设备控制器是CPU与设备之间的接口。2.主机I/O系统使用I/O通道（I/O处理机），实现对设备控制器的控制。三、I/O系统的结构CPU存储器I/O设备I/O设备总线高速低速1、微机I/O系统基于总线的微机硬件体系设备控制器设备控制器共享总线设备与CPU之间的通信通过设备控制器进行2、主机I/O系统特点CPU主存通道通道通道通道I/O设备磁盘磁带通信设备以通道代替CPU与设备

4、控制器通信通道可认为是特殊的处理器，各通道与CPU共享主存设备控制器与通道（1）设备控制器位于CPU与设备之间，接收CPU下达的输入、输出命令并控制具体设备实现操作。*功能接收和识别命令地址识别命令接收命令识别数据交换数据暂存、缓冲监测设备状态（2）通道1、通道是一种特殊的处理机，具有执行I/O指令的能力。通过执行通道程序来控制I/O操作2、CPU只需向通道发出一条指令，通道便从内存中取出本次执行的通道程序，并执行。通道程序可以包含多次输入、输出，是一个相对完整的过程4、通道把CPU从繁杂的I/O任务中

5、解脱出来3、通道之间可以并行执行2.5.2数据传送控制方式（1）程序I/O方式（2）中断控制方式（3）DMA控制方式（4）通道控制方式设备管理的主要任务之一是控制设备与内存或CPU之间的数据传送，选择控制方式的原则是：保证在足够的传输速度下数据的正确传送。系统开销小。充分发挥硬件资源的能力。本节讨论CPU通过设备控制器来控制数据I/O的方式。常用的I/O控制方式（1）程序I/O方式接收到CPU发来的start指令准备接收和发送数据准备准备完毕？标志触发器置“Done”设备是否等待CPU来的下条指令向设备

6、发start指令设备标志触发器置为“Done”？等待执行下条指令开始数据传输CPU否是（2）中断控制方式结合进程调度机制，实现让权等待进程利用中断实现输入、输出流程：初始化阻塞等待输入控制设备完成输入根据中断唤醒等待进程设备产生输入中断接收到CPU发来的start指令准备数据并将其置入缓冲寄存器缓冲寄存器满？控制器发中断信号设备是否向设备发start指令将中断允许位置1调度程序调度其它进程其它进程执行收到中断信号？中断处理被中断进程执行CPU是否中断机制实现了CPU与设备的并行控制——让权等待CPU输入

7、：其他进程中断处理继续设备等待数据处理输入数据被唤醒的等待进程数据到设备产生中断暂不接收数据清除中断等待数据一次I/O操作（1字节）完成，向CPU发中断信号，CPU作中断处理。效率虽然比程序I/O方式高，但还是不适宜需要交换大量数据的情况。缺点：（3）DMA方式中断控制方式一般以字节为单位产生中断，每个字节在中断处理程序中，读入到CPU的寄存器中。直接存储器访问DMA（DirectMemoryAccess）方式的引入是为解决中断控制方式对块设备低效的问题。减少中断次数。由于大多数的小型、微型计算机采用总

8、线结构，DMA方式是“窃取”或“挪用”CPU总线的控制权，即要求CPU暂停若干总线周期，由DMA控制器占有存储器周期进行设备与内存之间的数据交换。DMA方式的基本思想（1）以数据块为单位进行数据传送。（2）设备与内存之间直接交换数据。DR—数据寄存器，暂时存放设备—内存间传送的信息。MAR—内存地址寄存器。DC—传送字（节）数寄存器。CR—命令/状态寄存器。接收从CPU发来的I/O命令、控制信息、设备状态。主机-控制器接口控制器-块设备接口