操作系统2016-1-复习-张尧学-必威体育精装版-New讲述.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 8.1.2 设备管理的功能和任务 设备管理是对计算机输入输出系统的管理，是操作系统中最具多样性和复杂性的部分。其主要任务是： (1) 选择和分配输入输出设备以进行数据传输操作； (2) 控制输入输出设备和CPU（或内存）之间交换数据； (3) 为用户提供友好的透明接口，把用户和设备硬件特性分开，使得用户在编制应用程序时不必涉及具体设备，系统按用户要求控制设备工作。另外，这个接口还为新增加的用户设备提供一个和系统核心相连接的入口，以便用户开发新的设备管理程序； (4) 提高设备和设备之间、CPU和设备之间，以及进程和进程之间的并行操作度，以使操作系统获得最佳效率。 8.2 数据传送控制方式 设备管理的主要任务之一是控制设备和内存或CPU之间的数据传送，本节介绍常用数据传送控制方式。 外围设备和内存之间的常用数据传送控制方式有4种。即： (1) 程序直接控制方式； (2) 中断控制方式； (3) DMA方式； (4) 通道方式。 图8.3 中断控制方式的传送结构 图8.5 DMA方式的传送结构 8.2.4 通道控制方式 通道控制(channel control)方式与DMA方式相类似，也是一种以内存为中心，实现设备和内存直接交换数据的控制方式。 通道的定义：通道是一个独立于CPU的专管输入输出控制的处理机，它控制设备与内存直接进行数据交换。它有自己的通道指令，这些通道指令受CPU启动，并在操作结束时向CPU发中断信号。 通道的定义给出了通道控制方式的基本思想。在通道控制方式中，I/O控制器中没有传送字节计数器和内存地址寄存器；但多了通道设备控制器和指令执行机构。在通道方式下，CPU只需发出启动指令，指出通道相应的操作和I/O设备，该指令就可启动通道并使该通道从内存中调出相应的通道指令执行。 通道指令一般包含有被交换数据在内存中应占据的位置、传送方向、数据块长度以及被控制的I/O设备的地址信息、特征信息等 另外，一个通道可以以分时方式同时执行几个通道指令程序。 按照信息交换方式不同，一个系统中可设立三种类型的通道，即字节多路通道、数组多路通道和选择通道。由这三种通道组成的数据传送控制结构如图8.7所示。 字节多路通道以字节为单位传送数据，它主要用来连接大量的低速设备，如终端、打印机等。 数组多路通道以块为单位传送数据，它具有传送速率高和能分时操作不同的设备等优点。数组多路通道主要用来连接中速块设备，如磁带机等。 图8.7 通道方式的数据传送结构 数组多路通道和字节多路通道都可以分时执行不同的通道指令程序。 但是，选择通道一次只能执行一个通道指令程序。所以，选择通道一次只能控制一台设备进行 I/O操作。 不过，选择通道具有传送速度高的特点，因而它被用来连接高速外部设备，并以块为单位成批传送数据。受选择通道控制的外设有磁盘机等。 8.3 中 断 技 术 从上节可以看出，除了程序直接控制方式之外，无论是中断控制方式、DMA方式还是通道控制方式，都需在设备和CPU之间进行通信，由设备向CPU发中断信号之后，CPU接收相应的中断信号进行处理。这几种方式的区别只是中断处理的次数、数据传送方式以及控制指令的执行方式等。在计算机系统中，除了上述I/O中断之外，还存在着许多其他的突发事件，例如电源掉电、程序出错等，这些也会发出中断信号通知CPU做相应的处理。本节进一步讨论中断问题。 8.3 中 断 技 术 8.3.1 中断的基本概念 中断(Interrupt)是指计算机在执行期间，系统内发生任何非寻常的或非预期的急需处理事件，使得CPU暂时中断当前正在执行的程序而转去执行相应的事件处理程序，待处理完毕后又返回原来被中断处继续执行或调度新的进程执行的过程。引起中断发生的事件被称为中断源。中断源向CPU发出的请求中断处理信号称为中断请求，而CPU收到中断请求后转相应的事件处理程序称为中断响应。 在有些情况下，尽管产生了中断源和发出了中断请求，但CPU内部的处理机状态字PSW的中断允许位已被清除，从而不允许CPU响应中断。这种情况称为禁止中断。CPU禁止中断后只有等到PSW的中断允许位被重新设置后才能接收中断。禁止中断也称为关中断，PSW的中断允许位的设置也被称为开中断。中断请求、关中断、开中断等都由硬件实现。 开中断和关中断是为了保证某些程序执行的原子性。 除了禁止中断的概念之外，还有一个比较常用的概念是