第五章_设备管理.doc

第五章 设备管理 计算机系统的一个重要组成部分是I/O系统。 在I/O系统中包括有用于实现信息输入、输出和存储功能的设备和相应的设备控制器，在有的大中型机中，还有I/O通道或I/O处理机。 设备管理的对象主要是I/O设备，还可能要涉及到设备控制器和I/O通道。 设备管理的基本任务是完成用户提出的I/O请求，提高I/O速率以及提高I/O设备的利用率。 设备管理的主要功能有：缓冲区管理、设备分配、设备处理、虚拟设备及实现设备独立性等。 5.1 I/O系统 I/O系统是用于实现数据输入、输出及数据存储的系统。 在I/O系统中，除了需要直接用于I/O和存储信息的设备外，还需要有相应的设备控制器和高速总线。在有的大、中型计算机系统中，还配置了I/O通道或I/O处理机。 5.1.1 I/O设备 1.I/O设备的类型 1)按传输速率分类 按传输速度的高低，可将I/O设备分为三类。 低速设备：是指其传输速率仅为每秒钟几个字节至数百个字节的一类设备。典型低速设备的设备有键盘、 鼠标器、语音的输入和输出等设备。 中速设备：是指其传输速率在每秒钟数千个字节至数万个字节的一类设备。典型的中速设备有行式打印机、激光打印机等。 高速设备：这是指其传输速率在数百千个字节至数十兆字节的一类设备。典型的高速设备有磁带机、磁盘机、光盘机等。 2) 按信息交换的单位分类 按信息交换的单位，可将I/O设备分成两类： 块设备(Block Device) ：用于信息存储，由于信息的存取总是以数据块为单位进行。它属于有结构设备。典型的块设备有磁盘，磁带，光盘等。 字符设备(Character Device)：用于数据的输入和输出，其基本单位是字符。典型的字符设备有键盘，显示器，打印机等。 3) 按设备的共享属性分类 这种分类方式可将I/O设备分为如下三类： (1)独占设备。 (2)共享设备。 (3)虚拟设备。 4) 按设备的使用特性分类 2.设备与控制器之间的接口 通常，设备并不是直接与CPU进行通信，而是与设备控制器通信。因此，在I/O设备中应含有与设备控制器间的接口，在该接口中有三种类型的信号，各对应一条信号线。 5.1.2 设备控制器 设备控制器是计算机中的一个实体，其主要职责是控制一个或多个I/O设备，以实现I/O设备和计算机之间的数据交换。它是CPU与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，以使处理机从繁杂的设备控制事务中解脱出来。 在微型机和小型机中，控制器常做成电路卡/板形式，因而也常称为接口卡。有的则集成到主板上。 有的控制器还可以处理多个同类设备。 1. 设备控制器的基本功能 1)接收和识别命令；2)数据交换；3)标识和报告设备的状态；4)地址识别；5)数据缓冲；6)差错控制。 2. 设备控制器的组成 1)设备控制器与处理机的接口。该接口用于实现CPU与设备控制器之间的通信。共有三类信号线：数据线、地址线和控制线。 2)设备控制器与设备的接口。在一个设备控制器上，可以连接一个或多个设备。相应地，在控制器中便有一个或多个设备接口，一个接口连接一台设备。在每个接口中都存在数据、控制和状态三种类型的信号。控制器中的I/O逻辑根据处理机发来的地址信号，去选择一个设备接口。 3)I/O逻辑。在设备控制器中的I/O逻辑用于实现对设备的控制。它通过一组控制线与处理机交互，处理机利用该逻辑向控制器发送I/O命令；I/O逻辑对收到的命令进行译码。 设备控制器的组成示意图 5.1.3 I/O通道 1. I/O通道(I/O Channel)设备的引入 虽然在CPU与I/O设备之间增加了设备控制器后，已能大大减少CPU对I/O的干预，但当主机所配置的外设很多时，CPU的负担仍然很重。为此，在CPU和设备控制器之间又增设了通道。 主要目的是为了建立独立的I/O操作，不仅使数据的传送能独立于CPU，而且也希望有关对I/O操作的组织、管理及其结束处理也尽量独立，以保证CPU有更多的时间去进行数据处理；或者说，其目的是使一些原来由CPU处理的I/O任务转由通道来承担，从而把CPU从繁杂的I/O任务中解脱出来。 通道的工作方式 在设置了通道后，CPU只需向通道发送一条I/O指令。通道在收到该指令后，便从内存中取出本次要执行的通道程序，然后执行该通道程序，仅当通道完成了规定的I/O任务后，才向CPU发中断信号。 实际上，I/O通道是一种特殊的处理机。但它又与一般的处理机不同： 一是其指令类型单一，主要局限于与I/O操作有关的指令； 二是通道没有自己的内存，通道所执行的通道程序是放在主机的内存中的， 与CPU共享内存。 2. 通道类型 通道是用于控制外围设备(包括字符设备和块设备)的。由于外围设备的类型较多，且其传输速率相差甚大，因而使通道具有多