操作系统汤子英课件第6章

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1、第六章设备管理6.1I/O系统6.2I/O控制方式6.3缓冲管理6.4设备分配6.5设备处理6.6磁盘存储器管理设备管理的对象：主要是I/O设备，还可能是I/O通道。设备管理的基本任务：提高利用率，提高速度。设备管理的主要功能：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。外设的特点：种类多差异大(控制和速度)外设管理目的包括：外设资源的控制外设资源的共享提高外设资源的利用率。6.1I/O系统6.1.1I/O设备1.I/O设备的类型1)按传输速率分类低速设备，这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。典型设备有键盘、鼠标器、语音的输入和输出等设备。中速

2、设备，这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块设备(BlockDevice)，这类设备用于存储信息。由于信息的存取总是以数据块为单位，故而得名。典型的块设备是磁盘，每个盘块的大小为512B~4KB。磁盘设备的基本特征是:1)传输速率较高，通常每秒钟为几兆位；2)另一特征是可寻址，即对它可随机地读/写任一块；3)磁盘设备的I/O常采用DMA方式。字符设备(CharacterDevice)，用于数据的输

3、入和输出。其基本单位是字符，故称为字符设备。如交互式终端、打印机等。传输速率低。字符设备在I／O时，常采用中断驱动方式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：独占设备。它是指在一段时间内只允许一个用户(进程)访问的设备，即临界资源；因而，对多个并发进程而言，应互斥地访问这类设备，系统一旦把这类设备分配给某进程后，便由该进程独占，直至用完释放，应当注意，独占设备的分配有可能引起进程死锁；共享设备(磁盘)。它是指在一段时间内允许多个进程同时访问的设备，当然，对于每一时刻而言，该类设备仍然只允许一个进程访问，显然，共享设备必须是可寻址的和可随机访问的虚拟设备。它

4、是指通过虚拟技术将一台独占设备变换为若干台逻辑设备，供若干个用户(进程)同时使用，通常把这种经过虚拟技术处理后的设备，称为虚拟设备从设备的管理角度看，设备可分为（独占设备）、（共享设备）、（虚拟设备）。华中科大2.设备与控制器之间的接口图6-1设备与控制器间的接口通常，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，在设备与设备控制器之间应有一接口，在该接口中有三种类型的信号。比如打印机的几个按钮发送的信息6.1.2设备控制器1.设备控制器的基本功能接收和识别命令(接收CPU发来的Read、Format等15条)2)数据交换(CPU与控制器、控制器与CPU之间的数据交换)

5、3)标识和报告设备的状态(就绪否)4)地址识别(各寄存器的地址)5)数据缓冲(接收主机传来的高速数据，然后在以低速传到I/O设备)6)差错控制CPU与I/O接口之间是并行传输数据。I/O接口与设备之间是串行传输数据。2.设备控制器的组成图6-2设备控制器的组成6.1.3I/O通道***1.I/O通道(I/OChannel)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(I/O)程序来控制I/O操作。但I/O通道又与一般的处理机不同，主要表现在以下两个方面：一是其指令类型单一，这是由于通道硬件比较简单，其所能执行的命令，主要局限于与I/O操作

6、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，换言之，是通道与CPU共享内存。2.通道类型1)字节多路通道(ByteMultiplexorChannel)图5-3字节多路通道的工作原理以字节为传送单位2)数组选择通道(BlockSelectorChannel)字节多路通道不适于连接高速设备，这推动了按数组方式进行数据传送的数组选择通道的形成。这种通道虽然可以连接多台高速设备，但由于它只含有一个分配型子通道，在一段时间内只能执行一道通道程序，控制一台设备进行数据传送，致使当某台设备占用了该通道后，便一直由它独占，即使是它无数据传送，通道被闲置，也不允许其

7、它设备使用该通道，直至该设备传送完毕释放该通道。可见，这种通道的利用率很低。以数组为传送单位3)数组多路通道(BlockMultiplexorChannel)数组选择通道虽有很高的传输速率，但它却每次只允许一个设备传输数据。数组多路通道是将数组选择通道传输速率高和字节多路通道能使各子通道(设备)分时并行操作的优点相结合而形成的一种新通道。它含有多个非分配型子通道，因而这种通道既具有很高的数据传输速率，又能获得令人满意的通道利用率。也正因此，才使该通道能被