操作系统原理 第九章 设备管理幻灯片.pptVIP

第九章 设备管理 计算机外部设备：在计算机系统中除CPU和内存储外所有的设备和装置称为计算机外部设备（外围设备、I/O设备）。 一、 I/O系统的组成 1、I/O系统的结构 微机型IO系统 主机IO系统 IO通道 四级结构：IO设备、设备控制器、IO通道、计算机 IO设备概述 按交互对象分类，大体分为三类： 1）? 人可读的（人机交互设备）：视频显示设备、键盘、鼠标、打印机 2）? 机可读的（与计算机或其他电子设备交互的设备）：磁盘、磁带、传感器、控制器 3）? 通信：网卡、调制解调器 按设备的使用特性分类 1）? 输入设备：计算机用以感受或接触外部信息的设备。 2）? 输出设备：产生人可感知的信息，或输出信息用以影响或控制其它外部装置的信息。 3）? 交互式设备：用户命令信息通过各种输入设备进入计算机系统，系统同步的在显示器上显示用户的命令信息以及执行命林后所得到的处理结果。 4）? 存储设备：保存信息的装置 按照传输速率分 1）? 低速设备 2）? 中速设备 3）? 高速设备 按照信息交换的单位分 1）? 块设备：磁盘、磁带、光盘等以字符快为单位组织和处理信息的设备 能够随时读写其中的任何一块而与所有别的快无关，外存设备都是块设备。 2）? 字符设备：键盘、终端、打印机等以字符为单位组织和处理信息的设备 字符设备传递或接受一连串的字符，不考虑任何块结构。它不寻址，并且没有查找操作，这样，终端、鼠标、键盘、打印机、网络接口都是字符设备。 从资源分配角度分 1）? 独占设备：打印机、磁带机 2）? 共享设备：磁盘 3） 虚拟设备 3、设备控制器（io设备的硬件部分） IO设备通常有电子和机械两部分组成，电子部分称作设备控制器或适配卡.（Device Controller或Adapter）就是大家常见的各种接口卡，插入到计算机内部。控制卡上通常有一个可插接的控制器，通过电缆与设备内部相连。 机械部分是设备本身。 设备控制器是CPU和IO设备之间的接口，接收CPU传来的io命令，控制io设备工作。它通常具有以下功能： 1）? 接收和识别命令 2）? 数据交换 3）? 设备状态的了解和报告 4）? 地址识别 4、IO通道 在计算机中，io通道是一种特殊的处理器，专门负责输入/输出，控制设备于内存直接进行数据交换，通道有自己的指令系统（一般只有数据传送指令、设备控制指令等），通道没有自己的内存，它所执行的程序是存放在主机内存的，与cpu共享内存。 目的：建立独立的io操作，不仅数据的传送能独立于cpu，而且也希望有关io操作的组织、管理及结束也尽量独立，保证cpu有更多的时间处理数据。或者说将原来由cpu处理的io任务转由通道来承担，把cpu从繁杂的io任务重解脱出来。 1）? 字节多路通道 数据传输以字节为单位，主要用于连接大量低速设备，如打印机。该通道含有许多非分配型子通道，每个子通道连接一个设备，采用时间片轮转方式共享主通道。以字节为单位交叉传输，当一台传送一个字节后，腾出主通道，让另一个子通道使用主通道，立即转去为另一台传送字节。 2）? 数组选择通道 用来连接多个高速设备，但只有一个分配型子通道，一段时间只能执行一个通道程序，控制一个设备进行数据传送，效率比较低。当这台设备数据传输完成后，再选择与通道连接的另一台设备，执行它的相应的通道程序。这种通道以组方式工作，每次传送一批数据。主要连接磁盘，磁带等高速I/O设备。 3）? 数组多路通道 结合了选择通道传送速度高和字节多路通道能进行分时并行操作的优点，数据传送以块为单位。通道所连接的几个设备可并行工作。先选择一台传送一批数据，再选择另一台，即几台设备的通道程序都在执行中，它相当于多道程序设计技术在通道中的应用。 “瓶颈”问题：由于通道的数量比较少，因而在运行的过程中会产生瓶颈问题，导致系统的吞吐量下降。 解决办法： 1、提高I／O设备的独立性，以减少占用通道的时间 2、增加通路 增加设备到主机之间的通路，是解决“瓶颈”问题最有效的方法，即可把一个设备连接到多个控制器上，而一个控制器又被连接到多个通道上 二、IO控制方式 1 程序io方式 当用户进程需要输入数据时，由处理器向设备控制器发出一条io指令启动io设备进行输入，在设备输入数据期间，处理器通过循环执行测试指令不间断的测试设备状态寄存器的值，当状态寄存器的值显示设备输入完成时，处理器将数据寄存器的数据取出，送入