第六讲 设备管理.ppt

操作系统原理 2013-9 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 磁盘存储器管理 第三次上机实验 磁盘I/O 5.1 I/O系统 定义：I/O系统是用于实现数据的输入、输出及数据存储的系统。 包括： 直接用于I/O和存储数据的设备 相应的设备控制器和高速总线 I/O通道（I/O专用处理机）——大、中型计算机系统中 5.1.1 I/O设备 1．I/O设备的类型 按输入输出特性分类 输入型设备、输出型设备、存储型设备(一般为块设备) 输入输出型设备可分为字符设备和块设备。 按信息交换单位分类 块设备——信息的存取以数据块为单位。用于存储信息。如，磁盘（常采用DMA方式） 字符设备——信息的基本单位是字符。用于数据I/O。如，交换式终端（键盘、显示器）、打印机等。（中断驱动方式） 按设备的共享属性分类 独占设备 、共享设备 、虚拟设备 按传输速率分类 低速设备——几～几百字节/秒。键盘，鼠标等 中速设备——几千～几万字节/秒。打印机 高速设备——数百千～数十兆字节/秒。磁带机、磁盘机等 2. 设备与控制器之间的接口 I/O设备一般由机械部件和电子部件两部分组成，通常将两部分分开，以提供更加模块化和通用化的设计。电子部件称作设备控制器。在个人电脑中，它经常以印刷电路板的形式出现，可以插入计算机的扩展槽中。 通常设备并不直接与CPU通信，而是与设备控制器通信，故设备和设备控制器间应有接口，该接口中包含3类信号：数据信号、控制信号、状态信号。如图5-1所示。 数据信号线——设备和控制器之间传送数据。 控制信号线——规定了设备要执行的操作。如，读、写、磁头移动等操作。 状态信号线——指示设备当前的状态。如，正在读（或写）、读（写）完成等。 5.1.2 设备控制器 作用：控制一个或几个I/O设备，实现I/O设备和计算机之间数据交换，它是CPU和I/O设备之间的接口。 是可编址设备： 控制一个设备时，有唯一的设备地址； 连接多个设备时，则含有多个设备地址。 常称接口卡。可处理2、4或8个同类设备。 设备控制器的基本功能 接受和识别命令 数据交换 标识和报告设备的状态 地址识别 数据缓冲 差错控制 设备控制器的组成 由3部分组成，如图5-2所示。 5.1.3 I/O通道(了解) 1．I/O通道设备的引入 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，并且通过执行通道程序来控制I/O操作。 引入目的：是使一些原来由CPU处理的I/O任务转由通道来承担。从而把CPU从繁忙的I/O任务中解脱出来。 通道与CPU共享内存。 5.1.3 I/O通道 2．通道类型 可分3类： 1）字节多路通道 其工作原理如图5-3所示。不适于连接高速设备。 通道类型 2）数组选择通道 它虽然可以连接多台高速设备，但在一段时间内只能控制一台设备进行数据传送。（多个设备不能同时使用通道）——传送数据块 3）数组多路通道 是前面两种的结合。 瓶颈问题 单通路I/O系统（如图5-4），通道成为瓶颈。在图5-4中，为了启动设备4，必须用通道1和控制器2，但若这两者已被设备3占用，必然无法启动设备4。类似地，…，这就是由于通道不足而造成的“瓶颈”现象。 瓶颈问题 解决“瓶颈”问题的最有效方法，是增加通路而不增加通道。如图5-5所示。 5.1.4 总线系统 由图5-6可以看出，计算机系统中的CPU、存储器、各种I/O设备之间的联系，都是通过总线来实现的。 总线的性能（衡量指标）： 总线的时钟频率 带宽 传输速率 ISA和EISA总线 1）ISA(Industry Standard Architecture)总线 1984年，为80286设计的。 带宽8位 最高传输速率2Mb/s 能连接12台设备 2）EISA（Extended ISA）总线 20世纪80年代末 带宽16位 最高传输速率32Mb/s 能连接12台设备 局部总线（Local Bus） 局部总线——是将多媒体卡、高速LAN网卡、高性能图形板等，从ISA总线上卸下来，再通过局部总线控制器直接连接到CPU总线上，使之与高速CPU总线相匹配，而打印机、FAX/Modem、CD-ROM等仍挂在ISA总线上。 局部总线中较有影响的是VESA总线和PCI总线。 1）VESA(Video Electronic Standard Association)总线 设计思想是低价位迅速占领市场 90年代初推出，广泛用于486微机 带宽32位 最高传输速率13