计算机操作系统第五章设备管理课件.ppt

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1、第五章   设备管理第一节   输入输出系统第二节   输入输出控制方式第三节   缓冲管理第四节   设备分配第五节   设备处理第六节   磁盘存储管理第一节   输入输出系统I/O设备设备控制器I/O通道总线系统I/O设备I/O设备的类型按传输速率分类：低速、中速、高速设备按信息交换单位分类：块、字符设备按设备的共享属性：独占、共享、虚拟设备设备与控制器之间的接口接口芯片、接口（电路）板（卡）信号线：数据、控制、状态信号线设备控制器基本功能接收和识别来自CPU的各种命令实现CPU与设备控制器、设备控制器与设备之间的数据交换记录设备的

2、状态供CPU查询识别所控制的各个设备的地址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逻辑设备控制器地址识别数据缓冲差错控制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………数据状态控制数据状态控制I/O通道通道的引入建立独立的I/O操作，进一步减轻CPU的负担I/O处理机，通过执行通道程序来控制I/O操作与一般处理的区别1）指令类型单一，主要局限于与I/O操作相关的指令2）通道程序放在内存，即与CPU共享内存空间。通道的类型字节多路通道：多路分时

3、复用一个主通道，多个子通道，子通道按时间片轮转法使用主通道，信息按字节传输数组选择通道：只有一个子通道，由某台设备独占，数据成组（块）传送；数组多路通道：<上述两种技术的结合>多个子通道，按数组方式传送数据具有较高的数据传输速率和通道利用率“瓶颈”问题通道资源有限，系统需要同时启动的设备可能较多；解决方法：增加设备到主机间的通路。I/O通道存储器通道1通道2控制器1控制器2I/O设备1I/O设备2I/O设备3I/O设备4CPU总线系统系统总线连接CPU、存储器、I/O设备（接口）等的纽带；总线的性能评价：时钟频率、带宽、传输速率。ISA和

4、EISA总线ISA（IndustryStandardArchitecture），1984年，带宽：8位16位，最高传输速率：2~16Mbps，能连接12台设备。EISA（ExtendedISA），1989年，带宽：32位，最高传输速率：32Mbps，能连接12台设备。局部总线（LocalBus）将多媒体卡、高速LAN网卡、高性能图形板等从ISA总线上卸下来，在通过局部总线控制器直接接到CPU总线上，使之与高速CPU总线相匹配。VESA（VideoElectronicStandardAssociation），1991年，带宽：32位，最高

5、传输速率：132Mbps，能连接2~4台设备，控制器中无缓冲；PCI（PeripheralComponentInterface），1992年和1995年，V2.1支持带宽：64位，最高传输速率：500Mbps，能支持10种外设，有一个复杂的管理层，管理层中配有数据缓冲。第二节   输入输出控制方式程序I/O方式中断驱动I/O方式DMA控制方式I/O通道控制方式将CPU从繁忙的I/O操作中解脱出来程序I/O方式忙——等待方式CPU向控制器发指令，启动I/O设备，同时把状态寄存器中的状态标志置1，busy=1；然后不断地循环检测状态标志。如果

6、busy=1，说明I/O设备忙，CPU再进行下一轮检测；如果busy=0，说明I/O操作结束，CPU执行下一条指令。中断驱动I/O方式中断I/O驱动过程启动：由CPU根据进程的I/O请求发出一条I/O命令；此后CPU继续执行其它进程，即CPU与外设并行工作。I/O设备完成操作后，由控制器通过控制线向CPU发送一中断信号，由CPU检查I/O操作是否正确，……中断驱动方式带来的优缺点管理灵活、简单，系统效率高（CPU、I/O设备）。设备与CPU（内存）之间的数据交换仍以字（节）为单位。DMA控制方式DMA（DirectMemoryAccess

7、）引入在外围设备和内存之间开辟直接的数据交换通路。在该种控制方式中，设备控制器具有更强的功能，在它的控制下，设备和内存之间可以成批地进行数据交换，不用CPU的干预。减轻了CPU的负担，同时数据传输以块为单位，提高了数据传送速度。DMA控制器的组成命令/状态寄存器CR内存地址寄存器MAR数据寄存器DR数据计数器DCDMA工作过程（以磁盘数据读入为例）CPU向磁盘控制器发送一条读命令到CR中，目标起始地址到MAR中，数据字节数到DC中，磁盘中的源地址到控制器的控制逻辑上；启动DMA控制器进行数据传送（窃用总线周期），此后，CPU可以执行其它任

8、务；DMA控制器按照命令每传送一个字节，修改并检查DC和MAR中的数值（分别做-1和+1操作）；若DC中的值不为0，则继续传送下一个字节；为0，则发出一个中断请求。DMA与中断控制方式的区别中