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第5章 设备管理 广西大学行健文理学院 前述内容回顾 存储器的层次结构 程序的装入和链接 连续分配方式 基本分页存储管理方式 基本分段存储管理方式 虚拟存储器的概念 请求分页存储管理方式 页面置换算法 请求分段存储管理方式 本章内容简介 I/O系统 I/O控制方式 缓冲管理 I/O软件 设备分配 磁盘存储器的管理 引言 设备管理的基本任务是：完成用户提出的I/O请求、提高I/O的速度及设备利用率 设备管理主要功能有：缓冲管理、设备分配、设备处理、虚拟设备及设备独立性 5.1 I/O系统 5.1.1 I/O设备 1．I/O设备的类型 计算机设备种类繁多，从不同的角度出发，I/O设备可分成不同的类型。下面列举几种常见的分类方法。 I/O设备分类 （1）按设备的使用属性分类： ·存储设备：用来存储信息的设备。如：外存或者后备存储器、辅存。 ·输入\输出设备：又可具体分为输入设备、输出设备、交互式设备。 I/O设备分类 （2）按传输速率分： ·低速设备：传输速率为每秒几字节至几百字节。如键盘 ·中速设备：传输速率为每秒几千字节至几万字节。如打印机 ·高速设备：传输速率为每秒几十万字节至几兆字节。如磁盘 I/O设备分类 （3）按信息交换单位分类 ·块设备：处理信息的基本单位是字符块。一般块的大小为512B～4KB，如磁盘、磁带等是块设备。 ·字符设备：处理信息的基本单位是字符。如键盘、打印机和显示器是字符设备。 I/O设备分类 （4）按设备的共享属性分类 独占设备：是指在一段时间内只允许一个用户进程使用的设备。 共享设备：是指在一段时间内允许多个进程使用的设备。 虚拟设备：是指通过虚拟技术将一台独占设备改造成若干台逻辑设备，供若干个用户进程同时使用。通常把这种经过虚拟技术处理后的设备称为虚拟设备。 2．设备与控制器之间的接口 设备并不与CPU直接通信，而是与设备控制器通信。设备与控制器之间的接口有3类信号线： ·数据信号线 ·控制信号线 ·状态信号线 5.1.2 设备控制器 设备一般由机械和电子两部分组成，设备的电子部分通常称为设备控制器。 设备控制器的主要职责是：控制多个设备，实现设备与计算机之间的数据交换。 设备控制器是一个可编址设备，当它控制一个设备时有一个设备地址；若控制器连接多个设备则应有多个设备地址。 设备控制器有：字符设备控制器和块设备控制器。又称为接口卡。 1．设备控制器的基本功能 设备控制器应具有以下功能： 接收和识别CPU发来的命令：用控制寄存器 实现CPU与控制器、控制器与设备之间的数据交换：用数据寄存器 标识和报告设备状态：用状态寄存器 地址识别：识别控制的每个设备地址，为此控制器中应配地址译码器。 数据缓冲：用于平滑CPU与设备速度的不匹配。 差错控制：若数据传输中有错则报告CPU。 2．设备控制器的组成 用于实现CPU和设备控制器之间的通信，大多数设备控制器由三部分组成： 设备控制器与处理机的接口：实现CPU与设备控制器之间的通信。 设备控制器与设备的接口：实现设备与设备控制器之间的通信。 I/O逻辑：接收命令、译码、控制设备 2．设备控制器的组成 5.1.3 I/O通道---1. I/O通道设备的引入 引入通道的主要目的是减轻CPU管理设备的负担。 通道：专门负责输入/输出工作的处理机。 通道有自己的指令系统，该指令系统比较简单，一般只有数据传送指令、设备控制指令等 通道程序：通道指令构成的程序。 5.1.3 I/O通道---1. I/O通道设备的引入 通道与一般处理机的区别： 指令类型单一 没有内存 2．通道的类型 根据信息交换方式的不同，可将通道分成以下几种类型： 1）字节多路通道 2）数组选择通道 3）数组多路通道。 1）字节多路通道 该通道通常含有若干个非分配型子通道，每个子通道连接一台I/O设备，这些通道按时间片轮转方式共享主通道，每次交换完一个字节后便轮换。 一般用于连接中、低速I/O设备。 2）数组选择通道 又称数据选择通道，该通道含有一个分配型子通道，在一段时间内只能执行一个通道程序，控制一台设备传送一批数据，当一道程序执行完后，再选择与通道相连的另一台设备。 一般主要用于连接高速I/O设备。 3）数组多路通道 又称数据多路通道，该通道是前两种通道的结合。它通常含有若干个非分配型子通道，以分时方式执行几个通道程序，每执行一条通道指令控制传送一组数据后，就转向另一个通道程序。 这种通道广泛用于连接高、中速I/O设备。 3．瓶颈问题 因系统内设置通道少，使其成为瓶颈。如： 3．瓶颈问题 解决办法是增加通路： 5.2 I/O控制方式 I/O控制的发展过程中始终贯穿的宗旨是尽量减少主机对I/O控制的干预。常用的输入/输出控制方式有下述几种。 5.2.1 程序I/O方式 5