计算机输入输出 第五章 设备管理

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1、第五章设备管理5.1I/O系统5.1.1I/O设备1.I/O设备的类型1)按设备的使用特性分类存储设备输入/输出设备2)按传输速率分类低速设备——几个～数百个B/S中速设备——数K～数十KB/S高速设备——数百K～数MB/S3)按信息交换的单位分类块设备——用于存储信息，信息的存取以数据块为单位。特征：传输速率较高；可寻址；采用DMA方式字符设备——用于数据的输入和输出，基本单位是字符。特征：传输速率较低；不可寻址；采用中断驱动方式4)按设备的共享属性分类独占设备—一段时间内只允许一个用户（进程）访问的设备。共享设备—一段时间内允许多个进

2、程同时访问的设备。虚拟设备—通过虚拟技术，将一台独占设备变换为若干台逻辑设备。2.设备与控制器之间的接口图5-1设备与控制器间的接口5.1.2设备控制器1.设备控制器的基本功能接收和识别命令——控制寄存器数据交换——数据寄存器标识和报告设备的状态——状态寄存器地址识别——地址译码器数据缓冲——缓冲器差错控制——差错检测2.设备控制器的组成图5-2设备控制器的组成5.1.3I/O通道1.I/O通道(I/OChannel)设备的引入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

3、束处理尽量独立，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。在设置了通道后，CPU只需向通道发送一条指令。通道在收到该指令后，便从内存中取出本次摇执行的通道程序，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。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

4、硬件比较简单，其所能执行的命令，主要局限于与I/O操作有关的指令；再就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

5、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。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，才使该通道能被广泛地用于连接多

6、台高、中速的外围设备，其数据传送是按数组方式进行的。3.“瓶颈”问题图5-4单通路I/O系统图5-5多通路I/O系统5.1.4总线系统图5-6总线型I/O系统结构1.ISA和EISA总线1)ISA(IndustryStandardArchitecture)总线这是为了1984年推出的80286型微机而设计的总线结构。其总线的带宽为8位，最高传输速率为2Mb/s。之后不久又推出了16位的(EISA)总线，其最高传输速率为8Mb/s，后又升至16Mb/s，能连接12台设备。2)EISA(ExtendedISA)总线到80年代末期，ISA总线已

7、难于满足带宽和传输速率的要求，于是人们又开发出扩展ISA(EISA)总线，其带宽为32位，总线的传输速率高达32Mb/s，同样可以连接12台外部设备。2.局部总线(LocalBus)VESA(VideoElectronicStandardAssociation)总线2)PCI(PeripheralComponentInterface)总线5.2I/O控制方式5.2.1程序I/O方式I/O操作由程序发起，并等待操作完成。数据的每次读写通过CPU。缺点：在外设进行数据处理时，CPU只能等待。图5-7程序I/O和中断驱动方式的流程5.2.2中断

8、驱动I/O控制方式I/O操作由程序发起，在操作完成时（如数据可读或已经写入）由外设向CPU发出中断，通知该程序。数据的每次读写通过CPU。优点：在外设进行数据处理时，CPU不必等待，可以继续执