设备管理PPT课件

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1、第五章I/O管理2021/7/25第5章设备管理（一）I/O管理概述1. I/O控制方式2.软件层次结构（二）I/O核心子系统1、I/O调度概念2、高速缓存与缓冲区3、设备分配与回收4、SPOOLing技术重点掌握I/O设备的基本特性I/O子系统的特性三种I/O方式高速缓存与缓冲区SPOOLing技术建议I/O方式设备控制等与硬件直接相关的内容，最好结合组成原理复习2021/7/255.1.1I/O设备设备分类使用特性人机交互类设备：显示器、打印机、键盘、鼠标存储设备网络通信设备传输速率低速设备中速设备高速设备信息交换的单位块设备字符设备资源分配特性共享设备独占

2、设备虚拟设备2021/7/255.1.2设备控制器设备控制器主要负责控制一个或多个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，接收从CPU发来的命令，并控制I/O设备工作，以使CPU从繁杂的设备控制事务中解脱出来。设备控制器可分为两类，一类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。2021/7/25为使中央处理机从繁忙的I/O处理中摆脱出来，现代大、中型计算机系统中设置了专门的处理I/O操作的处理机，并把这种处理机称为通道。通道在CPU的控制下独立地执行通道程序，对外部设备的I/O操作进行控制，以实现内存

3、与外设之间成批的数据交换。通道=I/O处理机5.1.3通道概念2021/7/25程序I/O方式I/O控制器是OS同硬件之间的接口。它有两个寄存器：数据缓冲寄存器、控制/状态寄存器。状态控制寄存器有一个标志忙/闲的标志位busy。CPU外部设备控制逻辑电路控制寄存器I/O控制器数据寄存器2021/7/25工作过程以输入为例1、把busy置12、反复测试busy，为1表示输入机尚未输完一个字，处理机应继续对该标志进行测试，转2，为0表示输入机已将输入数据送入控制器的数据寄存器中，转33、把数据从数据缓冲区中读走，并置busy为1。所谓“程序循环测试”的数据传输方式，

4、就是指用户进程使用启动设备后，不断地执行测试指令，去测试所启动设备的状态寄存器。只有在状态寄存器出现了所需要的状态后，才停止测试工作，完成输入/输出。忙----等待方式2021/7/25在程序I/O方式中，由于CPU的高速性和I/O设备的低速性，致使CPU的绝大部分时间都处于等待I/O设备完成数据I/O的循环测试中，造成对CPU的极大浪费。在该方式中，CPU之所以要不断地测试I/O设备的状态，就是因为在CPU中无中断机构，使I/O设备无法向CPU报告它已完成了一个字符的输入操作。2021/7/25I/O中断方式I/O控制器能发中断。工作过程：1、发出启动某设备的

5、命令，本进程（A）变为等待状态，转进程调度，调度另一进程B。2、输入完成时，控制器发出中断，中断B，通过中断进入中断处理程序。3、在中断处理程序中把数据缓冲寄存器中的数取走，放入内存特定位置M，唤醒等待进程A，中断返回到B的断点继续执行。4、在以后的某个时刻OS调度要求输入的进程A。A从M取数处理。2021/7/25在I/O设备输入每个数据的过程中，由于无须CPU干预，因而可使CPU与I/O设备并行工作。仅当输完一个数据时，才需CPU花费极短的时间去做些中断处理。可见，这样可使CPU和I/O设备都处于忙碌状态，从而提高了整个系统的资源利用率及吞吐量。例如，从终端

6、输入一个字符的时间约为100ms，而将字符送入终端缓冲区的时间小于0.1ms。若采用程序I/O方式，CPU约有99.9ms的时间处于忙—等待中。采用中断驱动方式后，CPU可利用这99.9ms的时间去做其它事情，而仅用0.1ms的时间来处理由控制器发来的中断请求。可见，中断驱动方式可以成百倍地提高CPU的利用率。2021/7/25分析同前相比，CPU利用率大大提高。缺点：每台设备每输入输出一个字节的数据都有一次中断。如果设备较多时，中断次数会很多，使CPU的计算时间大大减少。为减少中断对CPU造成的负担，可采用DMA方式和通道方式。2021/7/25DMA方式直接

7、存储器存取控制方式的概念是指对I/O设备的控制由DMA控制器完成，在DMA控制器的作用下，设备和主存之间可以成批地进行数据交换，而不用CPU的干涉。2021/7/255.2.3DMA方式直接存储器存取控制方式的概念该方式的特点是：①数据传输的基本单位是数据块，即在CPU与I/O设备之间，每次传送至少一个数据块；②所传送的数据是从设备直接送入内存的，或者相反；③仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时，才需CPU干预，整块数据的传送是在控制器的控制下完成的。可见，DMA方式较之中断驱动方式，又是成百倍地减少了CPU对I/O的干预，进一步提高了CPU与I/O设备的并行

8、操作程度。2021/7/