操作系统设计与实现第三章89.pptxVIP

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操作系统设计与实现;第三章 输入/输出系统;****发展历史;****外部设备分类;3.按外部设备的从属关系分 系统设备 指操作系统生成时,登记在系统中的标准设备 (如终端、打印机、磁盘机等);4. 按资源分配角度分 独占设备 在一段时间内只能有一个进程使用的设备,一般为低速I/O设备。(如打印机,磁带等);虚设备 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,被模拟的设备称为虚设备 (将慢速的独占设备改造成多个用户可共享的设备,提高设备的利用率);5.从程序使用角度分 逻辑设备 物理设备;2.向用户提供使用外部设备的方便接口,使用户摆脱繁琐的编程负担 方便性 友好界面 透明性;*****I/O管理的重要性 1. 没有I/O设备的计算机就像一个没有轮子的汽车 2. I/O性能经常成为系统性能的瓶颈 (1)CPU性能不等于系统性能,响应时间也是一个重要因素 (2)CPU性能越高,与I/O差距越大; 弥补:更多的进程 (3)进程切换多,系统开销大; 3. 操作系统庞大复杂的原因之一是:资源多、杂,并发,均来自I/O 4 . 理解I/O的工作过程与结构是理解操作系统的工作过程与结构的关键。;4. 保证在多道程序环境下,当多个进程竞争使用设备时,按一定策略分配和管理各种设备,使系统能有条不紊的工作; 用户申请使用设备时,只需要指定设备类型,而无须指定具体物理设备,系统根据当前的请求,及设备分配的情况,在相同类别设备中,选择一个空闲设备,并将其分配给一个申请进程;*****设备管理的任务;*****设备管理的功能 设备分配与回收 记录设备的状态 根据用户的请求和设备的类型,采用一定的分配算法,选择一条数据通路 ;3.1 I/O硬件原理 I/O设备对不同的人有不同的理解,设计硬件的人员和对硬件编程的人员和用户都有不同的观点和见解,我们主要分析如何对这些设备编程控制,更好地使设备之间协调工作,即主要从程序员的角度来分析它。;3.1.1 I/O设备;3.1.2 设备控制器; 关注点:对该硬件如何进行程序设计,不考虑设备内部如何工作 程序员:软件接口 即硬??所接受的命令,它所完成的功能,报回的错误 因此我们所关心的就是控制器,因为它和操作系统打交道,也就是我们要分析的重点。;***设备接口 一次完整的I/O传送过程,典型地由一长列低级信号组成,这些信号启动设备所执行的操作,并通过测试设备状态来监控设备操作的进展 。 ;**** 设备连接模式 指I/O设备与CPU之间的连接方式,亦即将设备连接到一个计算机系统上的方式。在一个确定的连接模式下,从I/O设备到CPU间的所有连接成分构成了一条I/O路径(I/O链)。;;(1)设备接口形式 * 端口地址译码 * 按照主机与设备的约定格式和过程接受或发送数据和信号 计算机 设备 设备 计算机;(2) I/O指令形式与I/O地址是相互关联的,主要有两种形式: 内存映像I/O模式 I/O专用指令;进一步改善: *使CPU利用率尽可能不被I/O降低,使CPU脱离I/O的负担 * 提高I/O本身的绝对速度 * 减少或缓解速度差距 * 使CPU不等待I/O * 使CPU尽可能摆脱I/O;2.总线 将计算机系统中的各个子系统(CPU、内存、外设等)相互连接,且连接是共享的。 好处:低成本(一线多用) 灵活性(易于增加设备 便于两个计算机系统之间共享外设);总线的缺点: 本身形成了通讯瓶颈,限制I/O吞吐量 总线分类: 数据总线、地址总线、控制总线;控制器与设备的接口是种低层次的接口: **比如从硬盘读信息,读出的是一个比特流,其中包括磁盘数据、扇区大小、校验码等信息, 读出来后由控制器对这些串行的比特流进行转换,并进行校验最后装入主存。 **对显示器的显示,由CRT终端控制器从内存中读出要显示的字符的字节流,然后产生来调制产生射线的信号,并最终将结果显示出来。;控制器与CPU的联系 每个控制器都有一些用来和CPU通信的寄存器,如果把这些寄存器放入内存,即内存映像I/O(这点在显卡上尤为突出)。 每个控制器还可以利用终端来通知CPU他们所承担的任务的开始或结束。即固定设备中断。(如网卡,ISA口的网卡) CPU通过向控制器的寄存器中写入信息来控制这些设备工作。;DMA(direct memory access) 数据在内存与I/O设备间的直接成块传送 CPU在开

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