2014年 第6章 输入输出系统.ppt

　　6.1 I/O系统的功能、模型和接口 6.1.1 I/O系统的基本功能 隐藏物理设备的细节 与设备的无关性（设备独立性） 提高处理机和I/O设备的利用率　 对I/O设备进行控制　 确保对设备的正确共享 错误处理 6.1.2 I/O系统的层次结构和模型 　　1.? I/O软件的层次结构　　 　　2. I/O系统中各种模块之间的层次视图 　1) ?I/O系统的上、下接口 2) ?I/O系统的分层 6.1.3 I/O系统接口 　在I/O系统与高层之间的接口中，根据设备类型的不同，又进一步分为若干个接口：块设备接口、流设备接口和网络接口。　　1. 块设备接口 2. 流设备接口（字符设备接口）　 　　 3. 网络通信接口　 ?　　　6.2 I/O设备和设备控制器 I/O设备：执行I/O操作的机械部分，执行控制I/O的电子部件 执行I/O操作的机械部分——一般的I/O设备 执行控制I/O的电子部件则称为设备控制器或适配器 在微型机和小型机中的控制器常做成印刷电路卡形式，因而也常称为控制卡、接口卡或网卡 大、中型计算机系统中，还配置了I/O通道或I/O处理机。 6.2.1 I/O设备 一、设备控制器的基本功能 接收和识别命令 数据交换 标识和报告设备的状态 地址识别 数据缓冲 差错控制 二、设备控制器的组成 设备控制器与处理机的接口 设备控制器与设备的接口 I/O逻辑 6.2.3 内存映像I/O 　在早期的计算机中，包括大型计算机，为实现CPU和设备控制器之间的通信，为每个控制寄存器分配一个I/O端口 =编址上不再区分内存单元地址和设备控制器中的寄存器地址，都采用k k值处于0～n-1范围时：内存地址 k大于等于n时：某个控制器的寄存器地址。 6.2.4 I/O通道 一、I/O通道设备的引入 实际上I/O通道是一种特殊的处理机，它具有执行I/O指令的能力，并通过执行通道程序来控制I/O操作。与一般处理机不同于两方面： 1.指令类型单一，只用于I/O操作； 2.通道没有内存，它与CPU共享内存。 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。 ?　　　6.3　中断机构和中断处理程序 中断在操作系统中有着特殊重要的地位： 是多道程序得以实现的基础：进程之间的切换是通过中断来完成的 中断也是设备管理的基础，为了提高处理机的利用率和实现CPU与I/O设备并行执行，也必需有中断的支持 中断处理程序：I/O系统中最低的一层，整个I/O系统的基础 6.3.1 中断简介 　1. 中断和陷入　　1) 中断 CPU对I/O设备发来的中断信号的一种响应。　　2) 陷入 CPU内部事件引起中断：非法指令，地址越界，运算上溢或下溢 　　2. 中断向量表和中断优先级 1) 中断向量表 记录中断程序的入口地址、中断号（每一个设备的中断请求规定一个） 　　2) 中断优先级 多个中断信号源，不同的优先级 　　3. 对多中断源的处理方式  　　1) 屏蔽(禁止)中断 处理一个中断时，屏蔽所有中断 顺序处理中断 简单 不能用于实时性要求高 　2) 嵌套中断 优先响应最高优先级 高优先级抢占低优先级 ?　　　　6.4 设备驱动程序 设备驱动程序通常又称为设备处理程序。 主要任务： 接收上层软件发来的抽象I/O要求（read或write） 转换为具体要求后，发送给设备控制器，启动设备去执行 也将由设备控制器发来的信号传送给上层软件 由于驱动程序与硬件密切相关，故应为每一类设备配置一种驱动程序 6.4.1 设备驱动程序概述 1．设备驱动程序的功能 　　(1) 接收由设备独立性软件发来的命令和参数，并将命令中的抽象要求转换为具体要求，例如，将磁盘块号转换为磁盘的盘面、磁道号及扇区号。 　　(2) 检查用户I/O请求的合法性，了解I/O设备的状态，传递有关参数，设置设备的工作方式。 　　(3) 发出I/O命令。如果设备空闲，便立即启动I/O设备去完成指定的I/O操作；如设备，则将请求者的请求块挂在设备队列上等待。 (4) 及时响应由控制器或通道发来的中断请求，并根据其中断类型调用相应的中断处理程序进行处理。 　　(5) 自动地构成通道程序。 　　2. 设备驱动程序的特点 (1) 驱动程序主要是指在请求I/O的进程与设备控制器之间的一个通信和转换程序。 (2) 不同类型的设备应配置不同的驱动程序。 (3) 驱动程序与I/O设备所采用的I/O控制方式紧密相关（中断驱动和DMA方式） (4) 由于驱动程序与硬件紧密相关，