操作系统ch5.1IO硬件原理.ppt

CH5 设备管理(1) 5.1 I/O硬件原理 5.2 I/O软件原理 5.3 具有通道的I/O系统管理 5.4 缓冲技术 5.5 驱动调度技术 CH5 设备管理(2) 5.6 设备分配 5.7 虚拟设备 5.8 实例研究：Windows2000/XP的设备管理 5.9 实例研究：Linux的设备管理 设备管理具有以下功能 ???????外围设备中断处理 ????? ?缓冲区管理 ????? ?外围设备的分配????? ? ?外围设备驱动调度 ???????虚拟设备及其实现 5.1 I/O硬件原理 5.1.1 I/O系统 5.1.2 I/O控制方式 5.1.3设备控制器 5.1.1 I/O系统(1) I/O系统：I/O设备及其接口线路、控制部件、通道和管理软件的总称。 I/O操作：计算机的主存和外围设备的介质之间的信息传送操作。 按照I/O特性，I/O设备可以划分为I/O型和存储型外围设备三类。 按照I/O信息交换的单位，I/O设备可分为字符设备和块设备。 输入型外围设备和输出型外围设备一般为字符设备，与内存进行信息交换的单位是字节。存储型外围设备一般为块设备。 I/O系统(3) 存储型外围设备可以划分为顺序存取存储设备和直接存取存储设备。 顺序存取存储设备严格依赖信息的物理位置进行定位和读写，如磁带。 直接存取存储设备的重要特性是存取任何一个物理块所需的事件几乎不依赖于此信息的位置，如磁盘。 设备的物理特性差异 ? 数据传输率 ? 数据表示方式 ? 传输单位 ? 出错条件 5.1.2 I/O控制方式 按照I/O控制器功能的强弱，以及和CPU之间联系方式的不同，对I/O设备的控制方式分类， 主要差别在于：中央处理器和外围设备并行工作的方式不同，并行工作的程度不同。 1? 询问方式(1) 询问方式又称程序直接控制方式，在这种方式下，输入输出指令或询问指令测试一台设备的忙闲标志位，决定主存储器和外围设备是否交换一个字符或一个字。 询问方式(3) 一旦CPU启动I/O设备，便不断查询I/O设备的准备情况，终止原程序的执行，浪费CPU时间； I/O准备就绪后，CPU参与数据传送工作，而不能执行原程序， CPU和I/O设备串行工作，使主机不能充分发挥效率，外围设备也不能得到合理使用，整个系统效率很低。 2? 中断方式(1) CPU启动I/O设备后，不必查询I/O设备是否就绪，继续执行现行程序。 直到在启动指令后的某条指令，响应了I/O中断请求，CPU才转至I/O中断处理程序执行。 中断方式(2) 中断处理程序中，CPU全程参与数据传输操作，它从I/O接口读一个字(字节) 并写入主存，如果I/O设备上的数据尚未传送完成，转向现行程序再次启动I/O设备，重复上述过程；否则，中断处理程序结束后，继续从K+1条指令执行。 中断方式(4) I/O操作直接由CPU控制，每传送一个字符或字，要发生一次中断，仍然消耗大量CPU时间。 程序中断方式I/O，不必忙式查询I/O准备情况，CPU和I/O设备可实现部分并行，与程序查询的串行工作方式相比，使CPU资源得到较充分利用。 3? DMA方式(1) 如果I/O设备能直接与主存交换数据而不占用CPU，CPU的利用率还可提高，这就出现了直接存储器存取DMA方式。 DMA方式(2) DMA至少需要以下逻辑部件 主存地址寄存器 字计数器 数据缓冲寄存器或数据缓冲区 设备地址寄存器 中断机制和控制逻辑 4 通道方式(1) 为获得CPU和外围设备间更高的并行工作能力，也为了让种类繁多，物理特性各异的外围设备能以标准的接口连接到系统中，计算机系统引入了自成独立体系的通道结构。 通道方式(2)通道(输入输出处理器)(1) 能完成主存和外围设备间的信息传送，与CPU并行地执行操作。通道技术解决了I/O操作的独立性和各部件工作的并行性。 由通道管理和控制I/O操作，减少了外围设备和CPU的逻辑联系。把CPU从琐碎的I/O操作中解放出来。 通道方式(3)通道(输入输出处理器)(2) 外围设备和CPU能实现并行操作；通道和通道之间能实现并行操作；各通道上的外围设备也能实现并行操作，达到提高整个系统效率这一根本目的。 通道方式(4)采用通道后的I/O操作过程 CPU在执行主程序时遇到I/O请求，它启动指定通道上选址的外围设备，一旦启动成功，通道开始控制外围设备进行操作。 CPU就可执行其他任务并与通道并行工作，直到I/O操作完成。通道发出操作结束中断时，CPU才停止当前工作，转向处理I/O操作结束事件。 通道方式(5)通道三种类型 ?字节多路通道。 ?选择通道。 数组多路通