《5设备管理.ppt

第五章 设备管理 5.1 I/O系统 I/O系统是用于实现数据输入、输出及数据存储的系统。 在I/O系统中，除了需要直接用于I/O和存储信息的设备外，还需要有相应的设备控制器和高速总线。 5.1.1 I/O设备 I/O设备性能指标？ 数据传输率 数据的传输单位 设备共享属性 5.1.1 I/O设备 1.I/O设备的类型 （1）按速度分： 低：键盘 中：打印机 高：磁盘。 （2）按信息交换单位分： 块：磁盘,可定位 字符：打印机、串口 5.1.1 I/O设备 （3）按设备的共享属性分： 独占：如临界资源 共享：磁盘 虚拟：如本身因有属性为独占，但将其虚拟为几个逻辑设备。 5.1.1 I/O设备 5.1.2 设备控制器 职责：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。是CPU与I/O设备之间的接口。 设备控制器是一个可编址的设备。 分类：控制字符设备的控制器和控制块设备的控制器 5.1.2 设备控制器 一、设备控制器的功能 接收CPU命令，控制I/O设备工作，解放CPU. 1.接收和识别命令 寄存器存放命令，译码器解释命令 2.数据交换 CPU——控制器——设备 3.标识和报告设备状态 设备控制器中应用“状态寄存器” 5.1.2 设备控制器 4.地址识别 CPU通过“地址”与设备通信，设备控制器应能识别它所控制的设备地址以及其各寄存器的地址。 5.数据缓冲 6.差错控制 5.1.2 设备控制器 2.设备控制器的组成 5.1.3 I/O通道 1.I/O通道设备的引入 引入目的 建立独立的I/O操作，解脱CPU对I/O的组织、管理。 CPU只需发送I/O命令给通道，通道通过调用内存中的相应通道程序完成任务,然后通道向CPU发中断信号。 通道 一种特殊的执行I/O指令的处理机，与CPU共享内存，可以有自己的总线。 5.1.3 I/O通道 2.通道类型 1)字节多路通道 各子通道以时间片轮转方式共享通道，适用于低、中速设备。 5.1.3 I/O通道 2)数组选择通道： 无子通道，仅一主通道，某时间由某设备独占，适于高速设备。 但通道未共享，利用率低。 3)数组多路通道： 多子通道不是以时间片方式，而是“按需分配”，综合了前面2种通道类型的优点。 5.1.3 I/O通道 3.通道“瓶颈”问题 5.1.3 I/O通道 解决：采用复联方式 5.1.4 总线系统 5.2 I/O控制方式 发展宗旨： 尽量减少主机对I/O控制的干预，把主机从繁杂的I/O控制事务中解脱出来，以便更多地完成数据处理任务。 四个阶段： 程序I/O——中断I/O——DMA控制——通道控制。 趋势：提高并行度。 5.2.1 程序I/O方式 又称忙--等待方式 查询方式：CPU需花代价不断查询I/O状态 CPU资源浪费极大。 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。 5.2.2 中断I/O 进程启动I/O设备 由CPU向控制器发I/O命令——返回继续执行原来的任务。 控制器按命令要求控制指定的I/O设备。 I/O设备任务完成，控制器向CPU发中断， CPU转相应中断处理程序 5.2.3 DMA方式 1.DMA控制方式的引入 中断I/O，CPU“字节”干预一次，即每“字节”传送产生一次中断。 DMA：由DMA控制器直接控制总线传递数据块。DMA控制器完成从I/O——内存。 DMA特点：数据传输的基本单位是数据块；数据从设备直接入内存或相反；仅在传送开始和结束时需CPU干预。 和程序控制、中断控制不同，DMA控制方式对接口采用全硬件的控制机制，不执行任何程序。 5.2.3 DMA方式 原理： 一个设备接口试图通过总线直接向另一个设备发送数据（一般是大批量的数据），它会先向CPU发送DMA请求信号，CPU收到该信号后，会按DMA信号的优先级和提出DMA请求的先后顺序响应DMA信号。 CPU对某个设备接口响应DMA请求时，会让出总线控制权，提出请求的设备接口可以通过总线直接进行数据传送（不通过CPU），数据传送完毕后，设备接口会向CPU发送DMA结束信号，交还总线控制权。 注意：DMA请求信号可能会打断一条指令的执行，使它暂时停止执行，数据传送完毕后才恢复该指令的执行 5.2.4 I/O通道控制方式 DMA方式： 对需多离散块的读取仍需要多次中断。 通道方式：CPU只需给出 （1）通道程序首址。 （2）要访问I/O设备 后，通道程序就可完成一组块操作 5.3 缓冲管理 目的：组织管理、分配、释放buffer 5.3.1 引入 1.缓和CPU和I/O设备间速度不匹配的矛盾。 如：计算——打印bu