[计算机硬件及网络]第五章 设备管理.pptVIP

教学目的与要求 了解I/O系统的硬件组成和控制方式。 掌握缓冲技术、SPOOLing技术。 理解设备驱动程序和I/O中断处理程序。 掌握磁盘存储器的管理。 引言 设备管理的基本任务： 完成用户提出的I/O请求 提高I/O速率 提高I/O设备的利用率 为用户提供一个友好的透明接口 引言 设备管理的主要功能： 缓冲区管理 设备分配 设备处理 虚拟设备及实现设备独立性 5.1 I/O系统 --用于实现数据输入、输出及数据存储的系统  5.1.1 I/O设备 1、类型 （1）按速度分： 低：键盘 中：打印机 高：磁盘。 （2）按信息交换单位分： 块：磁盘,可定位 字符：打印机、串口 5.1 I/O系统 5.1.1 I/O设备 1、类型 （3）按设备的共享属性分： 独占：如临界资源 共享：磁盘 虚拟：如本身因有属性为独占，但通过虚拟技术将其变换为几个逻辑设备。 2、设备与控制器之间的接口 CPU―――控制器―――设备 三种信号： （1）数据信号：双向，有缓存 （2）控制信号：控制器发给设备；要求其完成相关操作 （3）状态信号：传送指示设备当前状态的信号； 5.1.2 设备控制器 1、功能：接收CPU命令，控制I/O设备工作，解放CPU. 1）接收和识别命令。 应有相应的Register来存放命令（“命令寄存器”） 2）数据交换 CPU——控制器的数据寄存器——设备 3)设备状态的了解和报告 设备控制器中应用“状态寄存器” 4)地址识别 CPU通过“地址”与设备通信，设备控制器应能识别它所控制的设备地址以及其各寄存器的地址。 5.1.2 设备控制器 1、功能：接收CPU命令，控制I/O设备工作，解放CPU， 5)数据缓冲 6)差错控制 2、组成（图5.2） 各类寄存器：数据、控制、状态 信号线：数据线(独立寻址、内存寻址)、地址线、控制线 I/O逻辑：在其控制下完成与CPU、设备的通信。 5.1.3 I/O通道 1、引入 通道 一种特殊的执行I/O指令的处理机，与CPU共享内存，可以有自己的总线。 引入目的 解脱CPU对I/O的组织、管理。 CPU只需发送I/O命令给通道，通道通过调用内存中的相应通道程序完成任务。 5.1.3 I/O通道 2、类型 1.字节多路通道：（图5-3） 各子通道以时间片轮转方式共享通道，适用于低、中速设备。 2.数组选择通道： 无子通道，仅一主通道，某时间由某设备独占，适于高速设备。 但通道未共享，利用率低。 3.数组多路通道： 综合了前面2种通道类型的优点。 5.1.3 I/O通道 3、通道“瓶颈”问题： 5.1.4 总线系统 1、微机I/O系统 5.1.4 总线系统 2、主机I/O系统（四级结构） 计算机――I/O通道――I/O控制器――设备 I/O通道相当于对总线的扩展，即多总线方式，且通道有一定的智能性，能与CPU并行，解决其负担。 3、常见的总线 ISA EISA LocalBUS VESA PCI 5.2 I/O控制方式 四个阶段： 程序I/O—中断I/O—DMA控制—通道控制。 趋势：提高并行度。 5.2.1 程序I/O（忙—等待方式） 查询方式：CPU需花代价不断查询I/O状态（图5-7a） CPU资源浪费极大。 例：99.9ms+0.1ms=100ms 在5.2.1中99.9在忙等 5.2.2 中断I/O 向I/O发命令—返回—执行其它任务。 I/O中断产生—CPU转相应中断处理程序。 如：读数据，读完后以中断方式通知CPU，CPU完成数据从I/O—内存 5.2.3 DMA方式—用于块设备中 1、引入 中断I/O，CPU“字节”干预一次，即每“字节”传送产生一次中断。 DMA：由DMA控制器直接控制总线传递数据块。DMA控制器完成从I/O——内存。 图5.7c 2、组成 一组寄存器+控制逻辑。图5.8 CR（命令/状态）; DR（数据）; MAR（内存地址）; DC（计数） Direct Memory Access DMA DMA DMA 5.2.4 I/O通道控制方式 DMA方式：对需多离散块的读取仍需要多次中断。 通道方式：CPU只需给出 （1）通道程序首址。 （2）要访问I/O设备 后，通道程序就可完成一组块操作 例： 假设T是从磁盘输入一块数据的时间，C是CPU对一块数据进行处理的时间，而M是将一块数据从缓冲区传送到用户区的时间。当用户进程按顺序访问的方式处理大量的数据时，请问在单缓冲和双缓冲的情况下，系统对一块数据的处理时间分别是多少？ 答： 从单缓冲的工作示意图和时序图可以看出：数据有I/O控制器到缓冲区和数据由缓冲区到工作区，必须串行操作；同样，数据从缓冲区到工作区和CPU从工作区