14设备管理一1概要.ppt

6.2 I/O设备和设备控制器 6.2.1 I/O设备 1.设备的类型 按使用特性分类：存储设备，I/O设备 按传输速率分类：低速、中速、高速 6.2 I/O设备和设备控制器 6.2.1 I/O设备 2.设备与控制器之间的接口 6.2 I/O设备和设备控制器 6.2.2 设备控制器 控制一个或多个I/O设备，以实现I/O设备和计算机之间的数据交换。 1.基本功能：接收和识别命令、数据交换、标识和报告设备的状态、地址识别、数据缓冲区、差错控制 6.2 I/O设备和设备控制器 6.2.2 设备控制器 2.设备控制器的组成 6.2 I/O设备和设备控制器 6.2.3 内存映像I/O 驱动程序将抽象I/O命令转换出的一系列具体命令、参数等数据装入设备控制器的寄存器，由控制器具体执行这些命令，实施对设备的控制。可以利用特定的IO指令，也可使用内存映像。 6.2 I/O设备和设备控制器 6.2.3 内存映像I/O 6.2 I/O设备和设备控制器 6.2.4 I/O通道 1. I/O通道设备的引入：不仅使数据的传送能独立于CPU，而且对I/O的组织、管理及结束也独立。 I/O通道是一种特殊的处理机，具有执行I/O指令的能力，通过执行通道程序来控制I/O操作。 指令类型单一，没有自己的内存。 6.2 I/O设备和设备控制器 6.2.4 I/O通道 2. 通道类型 字节多路通道：含有多个非分配型子通道，每一个子通道连接一台I/O设备。子通道按时间片轮转方式共享主通道 字节多路通道工作原理 数组选择通道 2。 选择通道是以成组方式工作的，即每次传送一批数据，故传送速度很高。选择通道在一段时间内只能执行一个通道程序，只允许一台设备进行数据传输 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 主要连接磁盘，磁带等高速I/O设备 数组多路通道 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。它先为一台设备执行一条通道指令，然后自动转接，为另一台设备执行一条通道指令 主要连接高速设备 这样，对于连接多台磁盘机的数组多路通道，它可以启动它们同时执行移臂定位操作，然后，按序交叉地传输一批批数据。数据多路通道实际上是对通道程序采用多道程序设计的硬件实现 3.“瓶颈”问题 6.3中断机构和中断处理程序 中断和陷入 中断向量表和中断优先级 对多中断源的处理 中断处理程序 6.4 设备驱动程序 1.设备驱动程序的功能、特点、设备处理方式 2.设备驱动程序的处理过程 3.对I/O设备的控制方式 6.4.3对I/O设备的控制方式 1.使用轮询的可编程I/O方式 2.使用中断的可编程I/O方式 3.直接存储器访问方式（DMA） 4.I/O通道控制方式 由于CPU与I/O设备的速度相差太大，致使CPU的大多数时间都在等待，造成对CPU的极大浪费。原因在于没有中断机构，I/O设备无法向CPU报告操作完成。 中断控制方式 当某进程要启动设备时，由CPU向设备控制器发出一条I/O指令，然后立即返回继续执行原来的任务。设备控制器按命令要求去控制设备，使得CPU与I/O设备并行工作。 I/O设备输入每个数据的过程中，无须CPU干预，仅当输入完一个数据时，才需CPU花费极短时间处理。这样使得CPU和设备都处于忙碌状态，提高了整个系统的资源利用率和吞吐量。 例如， 从终端输入一个字符的时间为100ms，将字符送入终端缓冲区的时间为0.1ms，若采用程序循环方式，cpu有99.9ms的时间等待，采用中断方式后，在99.9ms的时间中，CPU可以做其他事情，仅用0.1ms的时间处理中断请求即可。 每完成一次I/O都要执行中断处理程序，费时较多，只适用于中、慢速设备 DMA控制器的组成 I/O通道控制方式 DMA工作时，CPU每发出一条I/O指令，只能去读(或写)一个连续的数据块。 通道则可以在接受命令后，一次去读多个数据块且将它们分别传送到不同的内存区域，控制整个过程，任务结束后才发送中断信号。 可进一步减少CPU的干预，实现CPU、通道和I/O设备三者的并行操作 通道程序 中央处理器启动通道工作时，应把要求通道“做什么和怎样去做”告诉通道。于是，操作系统必须按用户的要求和设备的特性来规定通道的工作。 为了使操作系统能用同样的手段来使用这些种类繁多、特性各异的外围设备，计算机硬件提供“通道命令”，操作系统用一组通道命令来规定通道执行一次输入输出操作应做的工作，这一组通道命令就组成了一个“通道程序”。通道被启动后，就依次执行预定的通道程序中的一条条通道命令，从而实现对外围设备的操作控制。 为了实现在主机与控制器之间成块数据的直接交换，必须在DMA控制器中设置