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第6章 设备管理;设备管理的任务;6.1.1I/O系统的基本功能;6.1.2 I/O系统的层次和结构模型;2021/10/5 星期二;2021/10/5 星期二;2021/10/5 星期二;6.1.3 I/O系统接口;6.2 I/O设备和设备控制器;6.2.1 I/O设备;I/O设备的分类;; ;2、设备与控制器之间的接口;2、设备与控制器之间的接口;6.2.2设备控制器;设备控制器的基本功能;设备控制器的组成;设备控制器的组成;6.2.3内存映像I/O;6.2.3内存映像I/O;I/O通道; 通道方式的目的使一些原来由CPU处理的I/O任务转由通道来承担，从而使CPU彻底从I/O中解放出来。当用户发出I/O请求后，CPU就把该请求全部交由通道去完成。通道在整个I/O任务结束后，才发出中断信号，请求CPU进行善后处理。不仅数据传输独立于CPU,而且I/O操作的组织管理也独立于CPU。 ; 为使中央处理机从繁忙的I/O处理中摆脱出来，现代大、中型计算机系统中设置了专门的处理I/O操作的处理机，并把这种处理机称为通道。通道在CPU的控制下独立地执行通道程序，对外部设备的I/O操作进行控制，以实现内存与外设之间成批的数据交换。 通道=I/O处理机;;I/O通道;通道的种类;2021/10/5 星期二;; ; 通道;“瓶颈”问题 ;图 5-5 多通路I/O系统 ;练习;练习;6.3中断机构和中断处理程序;中断的简介 ;中断的简介 ;中断的处理;图 6-10 中断现场保护示意图 ;图 6-11 中断处理流程;6.4 设备驱动程序;设备驱动程序的功能和特点;设备驱动程序的功能和特点;设备驱动程序的功能和特点;设备驱动程序的处理过程;练习;6.4.3 对I/O设备控制方式;1 程序I/O方式;工作过程;;2 I/O中断方式;; 在I/O设备输入每个数据的过程中，由于无须CPU干预，因而可使CPU与I/O设备并行工作。仅当输完一个数据时，才需CPU花费极短的时间去做些中断处理。可见，这样可使CPU和I/O设备都处于忙碌状态，从而提高了整个系统的资源利用率及吞吐量。例如，从终端输入一个字符的时间约为100 ms， 而将字符送入终端缓冲区的时间小于 0.1 ms。 若采用程序I/O方式，CPU约有 99.9 ms的时间处于忙—等待中。 采用中断驱动方式后，CPU可利用这 99.9 ms的时间去做其它事情，而仅用 0.1 ms的时间来处理由控制器发来的中断请求。 可见，中断驱动方式可以成百倍地提高CPU的利用率。 ;分??;3 直接存储器访问（DMA）方式;5.2.3 DMA方式;DMA方式;DMA方式; DMA方式工作过程;3. DMA工作过程 ;直接存储器存取控制;DMA方式与中断的主要区别;实现流程;4 I/O通道控制方式 ;5.2.4 I/O通道控制方式 ;2 通道程序;通道有自己的指令系统，它与一般的机器指令不同，在它的每条指令中都包含下列诸信息：操作码；内存地址；计数；通道程序结束位P；记录结束标志R;操作 ;若干通道命令字构成一个“通道程序”，它规定了设备应该执行的各种操作和顺序。在CPU启动通道后，由通道执行通道程序，完成CPU所交给的I/O任务。通常，通道程序存放在通道自己的存储部件里。当通道中没有存储部件时，就存放在内存储器里。这时，为了使通道能取到通道程序去执行，必须把存放通道程序的内存起始地址告诉通道。存放这个起始地址的内存固定单元，被称为“通道地址字”。;通道的工作过程; ; ;6.5设备无关的I/O软件;设备独立性;设备独立性;设备独立性;;6.5.3 设 备 分 配;设备分配中的数据结构;设备分配中的数据结构 ;下图左侧的“DCT”，表示系统中所有外部设备的DCT的集合；中间是对其中的第i个设备的DCT放大，给出了DCT中可能有的一些表项。不难理解，随着系统的不同，DCT中所含的内容也不同。 ;;DCT;控制器控制表和通道控制表;为了管理设备，系统除了为每个设备设置DCT外，整个系统还要有一张所谓的“系统设备表（SDT—System Device Table）”。系统初启时，每一个标准的以及用户提供的外部设备，在该表中都有一个表目，表目内容可以有该外部设备的标识、所属的类型以及它的设备控制表DCT的指针（即DCT所在的起始地址），如下图所示。;;设备分配应考虑的因素;设备分配应考虑的因素;设备分配应考虑的因素;设备分配应考虑的因素;设备分配应考虑的因素;设备分配应考虑的因素;独占设备的分配程序;独占设备的分配程序;设备独立性;独占设备的分配程序;6.6用户层的I/O软件;6.6用户层的I/O软件;系统调用与库函数;6.6.2 SPOOLing技术;脱机输入输出方式（Off-Line I/O）;