操作系统-第5章 设备管理(S).ppt

计算机操作系统 第5章 设备管理 第5章 设备管理 5.1 I/O系统 5.2 I/O控制方式 5.3 缓冲管理 5.4 I/O软件 5.5 设备分配 5.6 磁盘存储器的管理 5.1 I/O系统 5.1.1 I/O设备 5.1.2 设备控制器 5.1.3 I/O通道 5.1.4 总线系统 5.1 I/O系统 5.1.1 I/O设备 1、设备类型 按使用特性：存储设备、I/O设备 按传输速率：低速、中速、高速 按信息交换的单位分类：块设备、字符设备 按设备的共享属性：独占设备、共享设备、虚拟设备 5.1 I/O系统 5.1.1 I/O设备 2、设备与控制器之间的接口 5.1 I/O系统 5.1.1 I/O设备 2、设备与控制器之间的接口 （1）信号数据线 用于在设备和设备控制器之间传送数据信号。 （2）控制信号线 由设备控制器向I/O设备发送控制信号时的通路 （3）状态信号线 指示当前设备状态的信号 5.1 I/O系统 5.1.2 设备控制器 设备控制器用于控制一个或者多个设备，以实现I/O设备和计算机之间的数据交换。 设备控制器是CPU和外设之间的接口，接收CPU的I/O命令，并控制外设工作。 设备控制器是一个可编址的设备。 5.1 I/O系统 5.1.2 设备控制器 1、设备控制器的功能 （1）接收和识别命令 （2）数据交换 （3）标识和报告设备状态 （4）地址识别 （5）数据缓冲 （6）差错控制 5.1 I/O系统 5.1.2 设备控制器 2、设备控制器的组成 （1）设备控制器与处理机的接口 用于实现CPU与DCU之间的通信。 （2）设备控制器与设备的接口 用于连接一个或者多个设备。 （3）I/O逻辑 用于实现对设备的控制。 5.1 I/O系统 5.1.3 I/O通道 1、I/O通道的引入 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，并通过执行通道程序来控制I/O操作。 引入I/O通道的目的是使一些原来由CPU处理的I/O任务转由通道来承担，减少由于干预I/O操作而造成的CPU负担。 特点：指令集单一；与CPU共享内存 5.1 I/O系统 5.1.3 I/O通道 2、I/O通道的类型 （1）字节多路通道 按字节交叉方式工作的通道 用于连接多个慢速外围设备 为多个外设交叉工作 5.1 I/O系统 5.1.3 I/O通道 2、I/O通道的类型 （2）数组选择通道 连接快速外设 以成组方式工作，一次传送一组数据，速度快 每次启动只能为一个设备服务，完成一次I/O操作后，才能选择其它设备，通道利用率低。 5.1 I/O系统 5.1.3 I/O通道 2、I/O通道的类型 （3）数组多路通道 用于连接多台高速外设 先为一台设备执行一条通道命令，然后自动转换为另一个设备执行一条通道命令 任一时刻只为一台设备传送一组数据，但可以交叉地位多个设备提供服务。 5.1 I/O系统 5.1.3 I/O通道 3、I/O通道的“瓶颈”问题 由于通道价格昂贵，会造成由于通道数量不足而造成“瓶颈”现象。 解决的办法： 增加设备到主机之间的通路 5.1 I/O系统 5.1.4 总线系统 1、ISA和EISA总线 （1）ISA总线 （2）EISA总线 2、局部总线 （1）VESA总线 （2）PCI总线 第5章 设备管理 5.2 I/O控制方式 5.2.1 程序I/O方式 5.2.2 中断驱动I/O控制方式 5.2.3 直接存储器访问I/O控制方式 5.2.4 I/O通道控制方式 5.2 I/O控制方式 5.2.1 程序I/O方式 由用户程序直接控制主存和外设间交换数据。 特点: （1）控制管理简单，所需硬件支持少。 （2）CPU和外设只能串行 （3）传送数据的单位是字节，速度慢 （4）CPU利用率低 5.2 I/O控制方式 5.2.2 中断控制方式 工作过程： CPU向DCU发出启动外设的指令 DCU按要求启动设备后，向CPU发出中断请求，通知CPU外围设备已经启动 CPU向DCU发出一条I/O指令，DCU按要求传送数据，传送完毕后，再向CPU发出中断，通知CPU给出下一条I/O指令。 5.2 I/O控制方式 5.2.2 中断控制方式 特点： （1）和程序直接I/O相比，提高了CPU利用率和吞吐量 （2）数据传输速度仍受数据寄存器大小的限制 （3）一次I/O操作，中断次数多，仍消耗CPU时间，CPU利用率提高有限 5.2 I/O控制方式 5.2.3 直接存储器访问（DMA）控制方式 1、引入 基本思想：在外设和主存之间建立数据传送的直接通路，避免使用数据寄存器为中转站的数据交换方式的弊端。 与前两种方式相比，做了如下改进： (1)数据传送的基本单位是块 (2)建立了主存和外存之间的直接数据通路 (3)设置DMA控制器，控制存储器和外设