操作系统(第2版)孟庆昌-牛欣源-编著--课件--第七章-输入输出.pptVIP

操作系统讲义 第7章 输入/输出管理 7.1 I/O管理概述 7.2 设 备 分 配 7.3 I/O软件层次 7.4 磁盘调度和管理 7.1 I/O管理概述 7.1.1 I/O设备分类和标识 1．设备分类 外部设备分类方法有多种，按照工作特性分成存储设备和输入/输出设备两大类。 （1）存储设备 计算机用来存储信息的主要设备。 （2）输入/输出设备 承担冯?诺伊曼及结构中的输入输出功能 也可按传输速率、按设备的共享属性分类。 按资源管理方式分类 1）独占型设备：在任一段时间内最多有一个进程占用它，字符设备及磁带机属独占型设备。即临界资源。 2）共享型设备：多个进程对它的访问可以交叉进行，块设备（磁盘）属共享设备。 3）虚拟设备：在一类设备上模拟另一类设备，常用共享设备模拟独占设备，用高速设备模拟低速设备，承担模拟功能的设备称为虚拟设备。 按传输速率分类 低速设备：每秒几个到数百字节(102)。如Modem、键盘鼠标。 中速设备：每秒数千到数万字节(104) 。如打印机。 高速设备：每秒数百K到数兆(106) 。如磁盘、磁带、光盘。 决定设备管理中控制传输过程及缓冲区的设置等。 按信息交换的单位分类 字符设备：I/O传输的单位是字节，如打印机、modem等。特征：速率较低、采用中断驱动。 块设备：I/O传输的单位是块，如磁盘、磁带。特征：速率高(106) 、可随机访问任一块、采用DMA方式驱动。 7.1.1 I/O设备分类和标识-2 2．设备标识 系统按某种原则为每台设备分配唯一的号码，用做硬件（设备控制器）区分和识别设备的代号，称做设备绝对号（或绝对地址）。 操作系统为每类设备规定了一个编号，称做主设备号；设备相对号表示用户规定的同类设备中的序号。 7.1.2 I/O系统结构 不同总线的性能指标 时钟频率 数据传输率 数据传输的位数 连接方式 是否易于扩展 是否支持热拔插等 7.1.3 设备控制器 I/O设备一般由机械和电子两部分组成。 电子部分称做设备控制器，操作系统通过设备控制器实施对设备的控制和操作。控制器是可编址的设备。 1．控制器接口 设备控制器有两个接口 与主机之间的系统接口 与设备驱动电路之间的低层接口 2．控制器功能 ① 实现主机和设备之间的通信控制，进行端口地址译码。 ② 把计算机的数字信号转换成机械部分能够识别的模拟信号，或者反向转换。 ③ 实现数据的缓冲。 ④ 接收主机发来的控制命令。 ⑤ 将设备和控制器当前状态提供给主机。 3．存储器映像I/O  CPU如何完成与I/O的通信？每个控制器有若干寄存器支持工作: 控制寄存器：控制外设工作方式 状态寄存器：当前设备的状态 数据寄存器：保存输入或输出的数据 数据缓冲区：系统完成对其读写 CPU与控制寄存器和数据缓冲区的通信方式 为每个控制寄存器分配一个I/O端口号（8位或16位整数），使用专门的I/O指令，CPU可以读/写控制寄存器。 把所有控制寄存器映像到存储器空间统一编址。这种模式称做存储器映像I/O（Memory-Mapped I/O）。 混合方式：存储器映像I/O+单独I/O端口。 两种方式的比较 第一种方式：CPU必须区分主存地址和I/O地址，并使用不同指令格式 Store cpu_reg,k Io_store cpu_reg,dev_no,dev_reg 第二种方式：允许使用同一指令格式 Store cpu_reg,k Store cpu_reg,n 存储器映像I/O（Memory-Mapped I/O）基本工作过程 Cpu将地址放入地址总线 控制总线插入读或写信号 I/O控制器作出应答 7.1.4 I/O系统的控制方式 Cpu与外设的通信方式、控制方式。 I/O控制包括：设备驱动和设备中断处理。 1．程序控制直接传递方式 2．程序查询方式 3．中断控制方式 4．直接存储器访问方式 5．独立通道方式 6．I/O处理器方式 1．程序控制直接传递方式 CPU直接执行I/O程序 控制数据传递 外设准备就绪 无法查询外设状态 2．程序查询方式 无中断机构 CPU控制I/O过程 有两个寄存器支持控制过程 数据缓冲寄存器 状态寄存器：重要信息位（启动位、 完成位、忙位） 程序查询方式工作过程：以输入为例 1、 开始输入时，把启动位置为1，开始输入至缓冲区 2、 反复测试完成位，为0转2，为1转3 3、 把数据从数据缓冲区中读入相应内存。 3．中断控制方式 基本工作过程是： ① CPU执行设备驱动程序，发出启动I/O设备的指令，使外设处于准备工作状态。然后，CPU继续运行其他程序 ② I/O控制器按照I/O指令，启动并控制I/O设备 ③ 当输入就绪、输出完