第4章IO设备管理ppt课件.ppt

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1、操作系统OperatingSystems谌卫军清华大学软件学院1.I/O硬件2.I/O控制方式3.I/O软件4.磁盘第四章I/O设备管理在现代计算机系统中，有大量的输入输出设备，其种类繁多，差异大。而且随着技术的发展，新设备也不断地出现。因此，如何管理好这些设备，使资源得以合理的利用，是操作系统的一个主要功能。I/O（Input/Output）设备4.1I/O硬件对于I/O硬件，操作系统所关心的并不是硬件自身的设计、制造和维护，而是如何来对它进行编程，即该设备给软件提供的接口是什么，包括它所接受的控制命令、所完成的功能，以及所返回的出错报告。按

2、交互方向分类：输入设备：键盘、鼠标、扫描仪；输出设备：显示器、打印机；输入/输出：磁盘、网卡。4.1.1I/O设备的类型按数据组织分类：块设备：以数据块作为信息的存储和传输单位，每个数据块都有一个地址，数据块之间的读写操作是相互独立的，如磁盘；字符设备：以字符作为信息存储和传输单位，数据即字符流，无定位无寻址，如鼠标；有了I/O设备，是否就能完成I/O功能呢？4.1.2设备控制器机械部分电子部分一个I/O单元由两部分组成：机械部分和电子部分（设备控制器或适配器）。机械部分即为I/O设备本身；电子部分称为：设备控制器（devicecontroll

3、er）或适配器（adapter）。适配器的形式通常是印刷电路卡，可以插入到主板的扩充槽中；控制器的形式是一组芯片；完成设备与主机间的连接和通讯。4.1.3I/O地址每个设备控制器都有一些寄存器用来与CPU通信。通过往这些寄存器中写入不同的值，OS能命令该设备去执行发送数据、接收数据、打开、关闭等操作；OS也能通过读取这些寄存器的值来了解设备的当前状态。此外，许多控制器还有一个数据缓冲区供OS读写。CPU外部设备控制逻辑电路控制寄存器状态寄存器数据寄存器如何让I/O设备工作？问题：CPU如何与设备控制器进行通信？这不是普通的内存访问！方法有三种：

4、I/O独立编址；内存映像编址；混合编址。1.I/O独立编址基本思路：给控制器中的每一个寄存器分配一个唯一的I/O端口（I/Oport）编号，称为I/O端口地址，然后用专门的I/O指令对端口进行操作；这些端口地址所构成的地址空间是完全独立的，与内存的地址空间没有关系。例如：INR0[4]表示读入I/O端口地址为4的内容；MOVR0[4]表示读入内存地址为4的内容；Linux0.11/boot/setup.smoval,#0x11!initializationsequenceout#0x20,al!senditto8259A-1moval,

5、#0x20!startofhardwareint's(0x20)out#0x21,almoval,#0x28!startofhardwareint's(0x28)out#0xA1,al……inal,#0x64!8042statusport!键盘控制器状态寄存器testal,#2jnzempty_8042!isinputbufferfull?2.内存映像编址基本思路：把所有控制器当中的每一个寄存器都映射为一个内存地址，专门用于I/O操作（功能上），对这些单元的读写操作即为普通的内存访问操作。端口地址空间与内存的地址空间统一编址，前者是后者的一部分

6、，一般位于后者的顶端部分。编程方便，无需专门的I/O指令(Cvs.汇编)；不能对控制寄存器的内容进行Cache，须关闭；每一次都要判断访问的是内存还是I/O。3.混合编址基本思路：对于设备控制器中的寄存器，采用独立编址的方法；而对于设备的数据缓冲区，采用内存映像编址的方法。PC机上的部分I/O端口地址（本图摘自Silberschatz,GalvinandGagne：“OperatingSystemConcepts”）到目前为止，已经介绍了I/O设备的类型、设备的控制器、I/O的端口地址。现在的问题是：根据已有的这些知识，现在能否开始编程使用这些

7、I/O设备，完成相应的输入输出功能呢？4.2I/O控制方式程序循环检测方式(ProgrammedI/O)中断驱动方式(Interrupt-drivenI/O)直接内存访问方式(DMA,DirectMemoryAccess)4.2.1程序循环检测方式小宝宝在家吃饭如果宝宝的嘴巴没空（如上一口饭菜尚未吃完），循环等待装一勺饭菜，喂到宝宝嘴里重复上述步骤基本思路：在程序（设备驱动程序）中通过不断地检测I/O设备的当前状态，来控制I/O操作的完成。具体来说，在进行I/O操作之前，要循环地检测设备是否就绪；在I/O操作进行之中，要循环地检测设备是否已完

8、成。从硬件来说，控制I/O的所有工作均由CPU来完成。也称为繁忙等待方式（busywaiting）或轮询方式（polling）。I/O控制与I/O操