计算机操作系统课件第5章 设备管理.ppt

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1、设备管理内容提要I/O系统I/O控制方式中断技术缓冲管理设备分配I/O处理过程设备管理对象设备管理的对象是硬件资源中除CPU、存储器之外的所有设备。设备管理的任务选择和分配输入输出设备以便进行数据传输操作控制输入输出设备和CPU（或内存）之间交换数据方便用户使用I/O设备提高设备和设备之间、CPU和设备之间的并行操作度设备管理的功能设备分配设备处理缓冲管理虚拟设备I/O系统的两大分类微机I/O系统：总线型I/O系统结构主机I/O系统：具有通道的I/O系统结构总线型I/O系统结构CPU存储器磁盘控制器打印机控制器其它控制器…打印机磁盘驱动器系统总线具

2、有通道的I/O系统结构计算机设备I/O通道1I/O通道2控制器控制器控制器控制器设备I/O设备CPU存储器打印机控制器其他控制器磁盘控制器打印系统其他I/O磁盘驱动器………I/O地址I/O数据I/O控制I/O总线专门的数据线和控制线及状态线按传输速率分类低速设备：几个～几百字节/秒中速设备：数千～数十千字节/秒高速设备：数百千～数兆字节/秒按信息交换单位分类块设备：特征是传输速率较高，可寻址，磁盘设备的I/O采用DMA方式；字符设备：特征是传输速率低，不可寻址，字符设备在I/O时采用中断驱动方式；按设备共享属性分类独占设备共享设备虚拟设备I/O设备

3、与设备控制器间的接口转换器缓冲控制逻辑I/O设备数据信号线状态信号线控制信号线数据信号至设备控制器接口信号分类数据信号控制信号状态信号设备控制器设备控制器是CPU与I/O设备之间的接口，它接受CPU的命令，并控制I/O设备工作。它是一个可编址设备。设备控制器可分为两大类：一类是用于控制字符设备的控制器；另一类是用于控制块设备的控制器。设备控制器的功能接受和识别命令数据交换设备状态的了解和报告地址识别数据缓冲差错控制设备控制器的组成设备控制器与处理机的接口设备控制器与设备的接口I/O逻辑设备控制器的组成数据寄存器控制/状态寄存器I/O逻辑控制器与设备

4、接口1控制器与设备接口i数据状态控制数据状态控制数据线控制线地址线…I/O通道设备的引入在CPU和设备之间增加了设备控制器后，使数据的传送能独立于CPU，但有关对I/O操作的组织、管理及其结束处理工作仍然由CPU承担。这样当主机所配置的外设很多时，CPU的负担仍很重。所以在CPU和外设间又增设了通道。I/O通道I/O通道是一种特殊的处理机，它具有执行I/O指令的能力，并通过I/O程序来控制I/O操作；它与一般处理机的区别：(1)指令类型单一；(2)没有内存，通道与CPU共享内存。I/O通道类型字节多路通道数组选择通道数组多路通道字节多路通道的工作原

5、理控制器AA1A2A3…子通道A控制器BB1B2B3…子通道B控制器CC1C2C3…子通道C控制器NN1N2N3…子通道N控制器A1B1C1…A2B2C2…设备单通路I/O系统设备1设备2设备3设备4设备5设备6设备7控制器1控制器2控制器3控制器4通道1通道2存储器瓶颈问题由于通道价格昂贵，致使机器中所设置的通道数量势必较少，这往往又成为I/O瓶颈，进而造成整个系统吞吐量的降低。多通路I/O系统I/O设备控制器1控制器2通道1通道2存储器I/O设备I/O设备I/O设备单总线模型CPU存储器磁盘控制器打印机控制器…其它控制器磁盘驱动器打印机系统总线

6、I/O控制方式程序I/O方式中断驱动I/O控制方式DMA方式通道控制方式程序I/O方式向I/O控制器发读命令读I/O控制器的状态检查状态？从I/O控制器中读入字向I/O控制器中写字传送完成？CPUI/OI/OCPUI/OCPUCPU内存出错就绪完成，执行下一条指令未完未就绪中断驱动方式CPU一旦启动设备成功，CPU转去执行另一个程序。当设备完成时，向CPU提出中断请求，CPU执行完当前一条指令，就响应中断，转去执行中断处理程序。从而使CPU可与设备并行操作。中断驱动方式CPU与I/O设备并行操作CPU向I/O控制器发读命令读I/O控制器的状态从I/

7、O控制器中读入字向存储器中写字CPU可做其它事了I/OCPU出错就绪I/OCPUCPU内存传送完成检查状态是，检查是否还有传输操作未完数据进入数据寄存器，发中断从外部设备读取一块数据到存储器，每次读一个字的数据中断处理DMA方式数据缓冲寄存器DR内存地址寄存器MAR数据计数器DC命令/状态寄存器CR……命令系统总线DMA控制器内存主机—控制器接口CPU数据块缓冲区磁盘DMA方式的特征数据传输基本单位是数据块在DMA控制器的控制下，设备直接与内存交换数据仅在开始和结束时才需CPU干预DMA控制器的组成命令/状态寄存器CR内存地址寄存器MAR数据

8、寄存器DR数据计数器DCDMA控制器的组成countI/O控制逻辑DRMARDCCR命令CPU内存主机－控制器接口控制器与