计算机操作系统课件第5章设备管理.pptx

设备管理

内容提要I/O系统I/O控制方式中断技术缓冲管理设备分配I/O处理过程

设备管理对象设备管理的对象是硬件资源中除CPU、存储器之外的所有设备。

选择和分配输入输出设备以便进行数据传输操作01控制输入输出设备和CPU（或内存）之间交换数据02方便用户使用I/O设备03提高设备和设备之间、CPU和设备之间的并行操作度04设备管理的任务

P3P2P1设备分配设备处理缓冲管理P4虚拟设备设备管理的功能

微机I/O系统：总线型I/O系统结构主机I/O系统：具有通道的I/O系统结构0102I/O系统的两大分类

CPU01打印机控制器04存储器02其它控制器05磁盘控制器03…06打印机07磁盘驱动器08系统总线09总线型I/O系统结构

具有通道的I/O系统结构控制器控制器设备控制器设备03I/O通道2控制器02计算机I/O通道101

I/O设备CPU存储器打印机控制器其他控制器磁盘控制器打印系统其他I/O磁盘驱动器………I/O地址I/O数据I/O控制I/O总线专门的数据线和控制线及状态线

010203低速设备：几个～几百字节/秒中速设备：数千～数十千字节/秒高速设备：数百千～数兆字节/秒按传输速率分类

块设备：特征是传输速率较高，可寻址，磁盘设备的I/O采用DMA方式；01字符设备：特征是传输速率低，不可寻址，字符设备在I/O时采用中断驱动方式；02按信息交换单位分类

01独占设备02共享设备03虚拟设备按设备共享属性分类

I/O设备与设备控制器间的接口缓冲I/O设备数据信号至设备控制器状态信号线数据信号线控制信号线转换器控制逻辑

01数据信号02控制信号03状态信号接口信号分类

设备控制器是CPU与I/O设备之间的接口，它接受CPU的命令，并控制I/O设备工作。它是一个可编址设备。设备控制器可分为两大类：一类是用于控制字符设备的控制器；另一类是用于控制块设备的控制器。设备控制器

接受和识别命令1设备状态的了解和报告3数据缓冲5数据交换2地址识别4差错控制6设备控制器的功能

设备控制器与处理机的接口01设备控制器与设备的接口02I/O逻辑03设备控制器的组成

数据寄存器控制/状态寄存器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数据线控制线地址线…设备控制器的组成

I/O通道设备的引入在CPU和设备之间增加了设备控制器后，使数据的传送能独立于CPU，但有关对I/O操作的组织、管理及其结束处理工作仍然由CPU承担。这样当主机所配置的外设很多时，CPU的负担仍很重。所以在CPU和外设间又增设了通道。

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I/O程序来控制I/O操作；它与一般处理机的区别：(1)指令类型单一；(2)没有内存，通道与CPU共享内存。0201I/O通道

字节多路通道01数组选择通道02数组多路通道03I/O通道类型

控制器A01A1A2A3…子通道A02控制器B03B1B2B3…子通道B04控制器C05C1C2C3…子通道C06控制器N07N1N2N3…子通道N08控制器09A1B1C1…A2B2C2…10设备11字节多路通道的工作原理

单通路I/O系统设备1设备2设备3设备4设备5设备6设备7控制器1控制器2控制器3控制器4通道1通道2存储器

瓶颈问题由于通道价格昂贵，致使机器中所设置的通道数量势必较少，这往往又成为I/O瓶颈，进而造成整个系统吞吐量的降低。

I/O设备01.控制器101.控制器201.通道101.通道201.存储器01.I/O设备01.I/O设备01.I/O设备01.多通路I/O系统

CPU01存储器02磁盘控制器03打印机控制器04…05其它控制器06磁盘驱动器07打印机08系统总线09单总线模型断驱动I/O控制方式DMA方式程序I/O方式通道控制方式I/O控制方式

程序I/O方式向I/O控制器发读命令读I/O控制器的状态检查状态？从I/O控制器中读入字向I/O控制器中写字传送完成？CPUI/OI/OCPUI/OCPUCPU内存出错就绪完成，执行下一条指令未完未就绪

中断驱动方式CPU一旦启动设备成功，CPU转去执行另一个程序。当设备完成时，向CPU提出中断请求，CPU执行完当前一条指令，就响应中断，转去执行中断处理程序。从而使CPU可与设备并行操作。

中断驱动方式CPU与I/O设备并行操作CPU向I/O控制器发读命令读I/O控制器的状态从I/O控制器中读入字向存储器中写字CPU可做其它事了I/O?CPU出错就绪I/O?CPUCPU?内存传送完成检查状态是，检查是否还有传输操作未完数据进入数据寄存器，发中断从外部设备读取一块数据到存储器，每次读一个字的数据中断处理

DMA方式数据缓冲寄存器DR内存地址寄存器MA