2012第5章OS设备管理摘要.ppt

计算机操作系统 第七章 设备管理 本章教学内容 5.0设备管理概述 5.1输入输出系统 5.2 I/O控制方式 5.3缓冲管理 5.4设备分配 5.4设备处理 5.5 磁盘存储器管理 5.0设备管理概述 设备管理的任务 设备管理的主要功能 设备的分类 设备管理的任务 是完成用户提出的I/O请求，为用户分配I/O设备，提高CPU与I/O设备的利用率，提高I/O设备的速度，方便用户使用I/O设备。 设备管理的主要功能 缓冲管理 是管理好各种类型的缓冲区，协调各类设备的工作速度，提高系统的使用效率。其实现机制是采用不同类型的缓冲区机制。 设备分配 是根据用户提出的I/O请求，为其分配所需要的设备。其实现机制是配置设备控制表、控制器控制表等数据结构。 设备处理 是实现CPU和设备控制器之间的通信。其实现机制是通过相应的处理程序来实现。 虚拟设备 是把每次只允许一个进程使用的物理设备，改造为能同时供多个进程共享的设备。 设备的分类 按设备的从属关系分类 可以把设备分为系统设备和用户设备 按操作特性分类 可以把设备分为存储设备和I/O设备 按设备共享属性分类 可以把设备分为独享设备、共享设备和虚拟设备。 按信息交换单位分类 可以把设备分为块设备和字符设备。 5.1输入输出系统 I/O系统的结构 I/O设备控制器 I/O通道 I/O系统的控制方式 I/O系统的结构 微机I/O系统 微机的I/O系统一般采用总线I/O系统结构， 主机I/O系统 具有通道的I/O系统结构如图5-2所示。其中，I/O系统共分为4级：最低级为I/O设备，次低级为设备控制器，次高级为I/O通道，最高级是主机。 I/O设备控制器 设备控制器的概念 设备控制器是CPU与外围设备之间的接口，是一个可编址设备，每一个地址对应一个设备。 设备控制器的功能 接收和识别命令 数据交换 设备状态的了解和报告 地址识别 设备控制器的组成 控制器都是由以下三部分组成的，如图5-3所示。 设备控制器 I/O通道 I/O通道的概念 I/O通道是指专门负责输入输出工作的处理机。 I/O通道的分类 字节多路通道 数据选择通道 数组多路通道 USB的传输方式 （3）控制传输方式 处理主机的USB设备的数据传输，包括设备控制指令、设备状态查询及确认命令。当USB设备收到这些数据和命令后将按照先进先出的原则按队列方式处理到达的数据 （4）批传输方式 用来传输要求正确无误的数据。通常打印机、扫描仪和数码相机以这种方式与主机连接 除等时传输方式外，其他3种方式在数据传输发生错误时，都会试图重新发送数据以保证其准确性 5.2 数据传送控制方式 5.2.1 程序直接控制方式 5.2.2 中断控制方式 5.2.3 DMA方式 5.2.4 通道控制方式 5.2.1 程序直接控制方式 程序直接控制方式是指由程序直接控制内存或CPU和外围设备之间进行信息传送的方式。通常又称为“忙—等”方式或循环测试方式。 在数据传送过程中，必不可少的一个硬件设备是I/O控制器，它是操作系统软件和硬件设备之间的接口，它接收CPU的命令，并控制I/O设备进行实际的操作。 直接存储器存取控制方式1 直接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。 直接存储器存取控制方式2 直接存储器存取控制方式的步骤 ① 当进程要求设备输入一批数据时，CPU将设备存放输入数据的内存始址以及要传送的字节数分别送入DMA控制器中的地址寄存器和传送字节计数器；另外，还要将中断位和启动位置为1，以启动设备开始进行数据输入并允许中断。 ② 发出数据要求的进程进入等待状态，进程调度程序调度其他进程占据CPU。 ③ 输入设备不断地挪用CPU工作周期，将数据寄存器中的数据源源不断地写入内存，直到所要求的字节全部传送完毕。 ④ DMA控制器在传送字节数完成时，通过中断请求线发出中断信号，CPU收到中断信号后转中断处理程序，唤醒等待输入完成的进程，并返回被中断的程序。 ⑤ 在以后的某个时刻，进程调度程序选中提出请求输入的进程，该进程从指定的内存始址取出数据做进一步处理。 直接存储器存取控制方式3 直接存储器存取控制方式的特点 I/O数据传输速度快，CPU负担少。 在DMA方式下，数据的传送方向、存放数据的内存始址及传送数据的长度等都由CPU控制。每台设备需要配一个DMA控制器。 5.2.2 中断控制方式 （1）将允许启动和允许中断的控制字写入设备控制中，启动该设备进行输入操作。 （2）该进程放弃处理机，等待输入的完成。 （3）当输入完成时，输入设备通过中断请求线向CPU发出中