第6章 设备管理.ppt

第6章设备管理
本章学习目标
I/O设备是计算机系统的一个重要组成部分。随着计算机技术的发展以及计算机应用的推广,I/O设备日趋多样化、复杂化和智能化。由于I/O设备种类种类繁多,它们的特性和操作方式差别很大,这使得设备管理成为操作系统中最繁杂且与硬件关系最密切的部分。通过本章学习,读者应该掌握以下内容:
数据传输方式
中断技术
缓冲技术
设备分配技术
设备独立性
设备驱动
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教学内容
I/O系统组成
数据传输控制方式
中断技术
缓冲技术
设备分配
SPOOLING系统
I/O控制过程
磁盘I/O
LINUX系统的设备管理
本章小结
I/O系统组成
I/O系统是计算机系统中完成数据输入、输出的子系统。它包括输入/输出设备、相应于各设备的设备控制器,在大、中型计算机中,还配置了I/O通道。
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I/O设备
从不同的角度,可以对设备进行不同的分类。
1. 按使用特性分类
(1)存储设备
(2)输入/输出设备
2. 按传输速率分类
(1)低速设备
(2)中速设备
(3)高速设备
3. 按信息传输单位分类
(1)块设备
(2)字符设备
4. 按资源分配方式分类
(1)独占设备
(2)共享设备
(3)虚拟设备
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设备控制器
设备控制器是CPU和I/O设备之间的接口,它接收从CPU发来的命令,并去控制I/O设备工作,并向CPU发送中断信号。
1. 设备控制器的功能
(1)接收并识别来自CPU的命令
(2)数据传输
(3)记录设备的状态
(4)识别设备地址和寄存器地址
(5)差错控制
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2. 设备控制器的组成
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寄存器
数据寄存器
CPU与控制器接口
数据线
地址线
控制线
I/O逻辑
控制器
与设备
接口1
控制器
与设备
接口i
数据
状态
控制
数据
状态
控制
控制器与设备接口
…
控制/状态
寄存器
I/O通道
I/O通道是一种专门负责I/O操作的小型处理机,它接受CPU的命令,独立地管理I/O操作过程,实现内存和设备之间的成批数据传输。通道相当于一个协处理器,类似于以前的微机中配置的数学协处理器。通道有自己的一套简单的指令系统,可以构成通道程序,通过独立执行通道程序来完成CPU交付的I/O操作。
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数据传输控制方式
程序直接控制方式
由程序直接控制内存与I/O设备之间的数据传输,又称为“忙等”方式或循环测试方式。详细而言,即当要在内存和I/O设备之间进行信息传输时,由CPU向相应的设备控制器发出命令,由设备控制器控制I/O设备进行实际操作。在I/O设备工作时,CPU执行一段循环测试程序,不断测试I/O设备的完成状况——“忙等”,以决定是否继续传输下一个数据。若设备未完成此次数据传输,则继续测试,若设备完成了此次数据传输,则进行下一次数据传输或继续执行程序。
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中断控制方式
当要在主机和I/O设备之间进行信息传输时,由CPU向相应的设备控制器发出命令,由设备控制器控制I/O设备进行实际操作,每次的数据传输单位是设备控制器的数据缓冲寄存器的容量。在I/O设备工作时,相应进程放弃处理机,处于等待状态,由操作系统调度其它就绪进程占用CPU。I/O操作完成时,由设备控制器向CPU发出中断信号,通知CPU本次I/O操作完成,然后由CPU 执行一个中断处理程序,对此情况做出相应反应。中断处理过程一般是这样的:首先保护现场;然后将等待I/O操作完成的进程唤醒,使其进入就绪状态;然后转进程调度。
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DMA方式
引入原因:减少中断次数,提高CPU利用率。
减少中断次数,有两种方法:
(1)增大数据缓冲寄存器的容量。
(2)另外配置一个数据传输控制器件,进行成批数据传输。
DMA方式的数据传输单位是数据块,仅在数据块传输结束时才向CPU发出中断信号,从而减少了中断次数。
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