操作系统_第五章 设备管理.ppt

第五章 设备管理 I/O系统是计算机系统的重要组成部分 I/O系统包括用于实现信息输入、输出和存储功能的设备和相应的控制器 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速率以及改善I/O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 第五章 设备管理 I/O系统 I/O控制方式 缓冲管理 设备分配 设备处理 磁盘存储器管理 I/O系统 I/O设备 设备控制器 I/O通道 总线系统 I/O设备 I/O设备的类型 按从属关系分类 系统设备 用户设备 I/O设备 I/O设备的类型 按传输速率分类 低速设备 每秒几个字节至数百字节 键盘、鼠标、语音输入输出设备等 中速设备 每秒数千至数万字节 行式打印机、激光打印机等 高速设备 每秒数百K至数十M字节 磁盘机、磁带机、光盘机等 I/O设备 I/O设备的类型 按信息交换的单位分类 块设备(Block Device) 信息的存取总是以数据块为单位 可寻址 磁盘，每个盘块的大小为512 B~4 KB 字符设备(Character Device) 基本单位是字符 不可寻址 交互式终端、打印机 I/O设备 I/O设备的类型 按资源分配角度分类（共享属性） 独占设备 多数低速设备属独占设备，如打印机 共享设备 可供多个进程同时访问，如磁盘 虚拟设备 通过虚拟技术将一台独占设备变换为若干个逻辑设备，供若干个进程同时使用 I/O设备 I/O设备的类型 按操作特性 存储设备 存储信息，如磁盘等 I/O设备 用来向CPU传送信息或输出加工处理后的信息，如显示器、打印机 I/O设备 设备与控制器之间的接口 数据信号线 用于在设备和设备控制器之间传送数据信号 控制信号线 作为由设备控制器向I/O设备发送控制信号（规定设备应执行的操作）时的通路 状态信号线 用于传送指示设备当前状态的信号 I/O系统 I/O设备 设备控制器 I/O通道 总线系统 设备控制器 设备控制器是CPU与I/O设备之间的接口 接收CPU发来的命令，控制一个或多个I/O设备工作，以实现I/O设备和计算机之间的数据交换，减轻CPU的负担 设备控制器是一个可编址的设备 设备控制器分类 控制字符设备 控制块设备 设备控制器 基本功能 接收和识别命令 应有控制寄存器存放接受的命令和参数，并对其译码 数据交换 实现CPU与控制器、控制器与设备之间的数据交换，需设置数据寄存器 标识和报告设备的状态：需设置状态寄存器 地址识别 识别所控制的设备，需设置地址译码器 数据缓冲 ：解决I/O设备速率低的问题 差错控制 ：对I/O设备发送的数据 设备控制器 设备控制器的组成 设备控制器与处理机的接口 实现CPU与设备控制器之间通信 三类信号线 数据线：连接 数据寄存器：存放设备或CPU送来的数据 控制/状态寄存器：存放CPU送来的控制信息或设备的状态信息 地址线 控制线 设备控制器 设备控制器的组成 设备控制器与设备的接口 一个设备控制器可连接一个或多个设备 控制器中则有一个或多个设备接口 接口中存在数据、控制、状态信号 I/O逻辑根据处理机发来的地址信号选择一个设备接口 设备控制器 设备控制器的组成 I/O逻辑：实现对设备的控制 处理机利用它向控制器发送I/O命令 I/O逻辑对接受到的命令进行译码 CPU发送同时启动命令及地址（通过地址线）发送给控制器，控制器的I/O逻辑对地址译码，在根据命令对所选设备进行控制 设备控制器 设备控制器的组成 I/O系统 I/O设备 设备控制器 I/O通道 总线系统 I/O通道 I/O通道(I/O Channel)设备的引入 是一种特殊处理机，专门负责输入/输出工作 有自己简单的指令系统，只有数据传送指令和设备控制指令 主要目的是为了建立独立的I/O操作，使有关对I/O操作的组织、管理及其结束处理也独立于CPU CPU向I/O通道发送I/O命令，由通道执行程序 通道与一般处理机的区别 指令单一 没有独立的内存 I/O通道 通道类型 字节多路通道（Byte Multiplexor Channel） 以字节交换方式工作，分时并行操作 主要用来连接多个中低速设备 I/O通道 通道类型 数组选择通道（Block Selector Channel） 以成组方式工作，高速传输数据 可以连接多台高速设备 仅含有一个分配型子通道，在一段时间内只能执行一个通道程序，控制一台I/O设备 由设备独占使用，利用率较低 I/O通道 通道类型 数组多路通道（Block Multiplexor Channel） 将数组选择通道传输速率高和字节多路通道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