中南大学操作系统 第五讲 设备管理ppt课件.ppt

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1、操作系统原理2013-91总目录第1章操作系统引论第2章进程管理第3章处理机调度与死锁第4章存储器管理第5章设备管理第6章文件管理第7章操作系统接口2第5章设备管理5.1I/O系统5.2I/O控制方式5.3缓冲管理5.4I/O软件5.5设备分配5.6磁盘存储器管理第三次上机实验磁盘I/O35.1I/O系统定义：I/O系统是用于实现数据的输入、输出及数据存储的系统。包括：直接用于I/O和存储数据的设备相应的设备控制器和高速总线I/O通道（I/O专用处理机）——大、中型计算机系统中45.1.1I/O设备1．I/O设备的类型

2、按输入输出特性分类输入型设备、输出型设备、存储型设备(一般为块设备)输入输出型设备可分为字符设备和块设备。按信息交换单位分类块设备——信息的存取以数据块为单位。用于存储信息。如，磁盘（常采用DMA方式）字符设备——信息的基本单位是字符。用于数据I/O。如，交换式终端（键盘、显示器）、打印机等。（中断驱动方式）按设备的共享属性分类独占设备、共享设备、虚拟设备按传输速率分类低速设备——几～几百字节/秒。键盘，鼠标等中速设备——几千～几万字节/秒。打印机高速设备——数百千～数十兆字节/秒。磁带机、磁盘机等52.设备与控制器之

3、间的接口I/O设备一般由机械部件和电子部件两部分组成，通常将两部分分开，以提供更加模块化和通用化的设计。电子部件称作设备控制器。在个人电脑中，它经常以印刷电路板的形式出现，可以插入计算机的扩展槽中。通常设备并不直接与CPU通信，而是与设备控制器通信，故设备和设备控制器间应有接口，该接口中包含3类信号：数据信号、控制信号、状态信号。如图5-1所示。数据信号线——设备和控制器之间传送数据。控制信号线——规定了设备要执行的操作。如，读、写、磁头移动等操作。状态信号线——指示设备当前的状态。如，正在读（或写）、读（写）完成等。

4、缓冲转换器控制逻辑控制器与设备接口数据信号线状态信号线控制信号线设备控制器I/O设备CPU总线图5-1设备与控制器间的接口65.1.2设备控制器作用：控制一个或几个I/O设备，实现I/O设备和计算机之间数据交换，它是CPU和I/O设备之间的接口。是可编址设备：控制一个设备时，有唯一的设备地址；连接多个设备时，则含有多个设备地址。常称接口卡。可处理2、4或8个同类设备。7设备控制器的基本功能接受和识别命令数据交换标识和报告设备的状态地址识别数据缓冲差错控制8设备控制器的组成由3部分组成，如图5-2所示。设备控制器与处理机

5、的接口设备控制器与设备的接口I/O逻辑——用于实现对设备的控制。处理机利用I/O逻辑向控制器发送I/O命令；I/O逻辑对收到的命令进行译码（包括地址译码）95.1.3I/O通道(了解)1．I/O通道设备的引入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，并且通过执行通道程序来控制I/O操作。引入目的：是使一些原来由CPU处理的I/O任务转由通道来承担。从而把CPU从繁忙的I/O任务中解脱出来。通道与CPU共享内存。105.1.3I/O通道2．通道类型可分3类：1）字节多路通道其工作原理如图5-3所示。不

6、适于连接高速设备。11通道类型2）数组选择通道它虽然可以连接多台高速设备，但在一段时间内只能控制一台设备进行数据传送。（多个设备不能同时使用通道）——传送数据块3）数组多路通道是前面两种的结合。12瓶颈问题单通路I/O系统（如图5-4），通道成为瓶颈。在图5-4中，为了启动设备4，必须用通道1和控制器2，但若这两者已被设备3占用，必然无法启动设备4。类似地，…，这就是由于通道不足而造成的“瓶颈”现象。13瓶颈问题解决“瓶颈”问题的最有效方法，是增加通路而不增加通道。如图5-5所示。145.1.4总线系统由图5-6可以看

7、出，计算机系统中的CPU、存储器、各种I/O设备之间的联系，都是通过总线来实现的。总线的性能（衡量指标）：总线的时钟频率带宽传输速率总线的发展：ISA总线、EIAS总线VESA总线、PCI总线存储器CPU磁盘控制器打印机控制器其它控制器磁盘驱动器打印机…系统总线图5-6总线型I/O系统结构15ISA和EISA总线1）ISA(IndustryStandardArchitecture)总线1984年，为80286设计的。带宽8位最高传输速率2Mb/s能连接12台设备2）EISA（ExtendedISA）总线20世纪80年代

8、末带宽16位最高传输速率32Mb/s能连接12台设备16局部总线（LocalBus）局部总线——是将多媒体卡、高速LAN网卡、高性能图形板等，从ISA总线上卸下来，再通过局部总线控制器直接连接到CPU总线上，使之与高速CPU总线相匹配，而打印机、FAX/Modem、CD-ROM等仍挂在ISA总线上。局部总线中较有影响的是VESA总