第5章 设备管理综述.ppt

第六章 输入输出系统 ;主机硬件系统之外的设备及相关设备控制器、通道;由于外设的种类繁多，差异大，使得设备管理成为操作系统最繁杂且与硬件最紧密相关的部分.;6.1 I/O系统的功能、模型和接口;6.1.2I/O系统的层次结构和模型;6.1.3 I/O系统接口;6.2 I/O 设备和设备控制器 ; I/O设备一般由机械和电子两部分组成,把这两部分分开处理，以提供更加模块化，更加通用的设计。 物理设备 机械部分是设备本身（物理装置） 设备控制器 电子部分叫做设备控制器或适配器。在小型和微型机中，它常采用接口与芯片组的形式存在，完成设备与主机间的连接和通讯 。 ;6.2.1 I/O设备 ;2. 设备与控制器之间的接口 ;6.2.2 设备控制器;南桥芯片（South Bridge）;1. 设备控制器的基本功能 ;1. 设备控制器的基本功能 ;;2. 设备控制器的组成 ;6.2.3内存映像I/O;6.2.4 I/O通道;2. 通道类型 ;2) 数组选择通道(Block Selector Channel) ; 3) 数组多路通道(Block Multiplexor Channel) 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 ;6.3中断机构和中断处理程序;6.3.2中断处理程序的处理过程 ;图 6-11 中断处理流程;6.4设备驱动程序;1. 设备驱动程序的功能 ; (3) 发出I/O命令，如果设备空闲，便立即启动I/O设备去完成指定的I/O操作；如果设备处于忙碌状态，则将请求者的请求块挂在设备队列上等待。 (4) 及时响应由控制器或通道发来的中断请求，并根据其中断类型调用相应的中断处理程序进行处理。 (5) 对于设置有通道的计算机系统，驱动程序还应能够根据用户的I/O请求，自动地构成通道程序。 ;2. 设备驱动程序的特点 ;3. 设备处理方式 ;6.4.2 设备驱动程序的处理过程 ;6.4.3 I/O控制方式 ; 这四种方式代表了计算机系统中I/O控制的四个不同的发展阶段。每个阶段的发展都受到计算机硬件组织结构发展变迁的影响。;1. 程序I/O方式 ;CPU;缺点: 使CPU将大量的时间花费在循环等待上，使CPU效率发挥极差，外设也不能合理利用，整个系统的效率很低。;2. 中断驱动I/O控制方式 ; 例如，从终端输入一个字符的时间约为100 ms，而将字符送入终端缓冲区的时间 0.1 ms。 采用程序I/O方式：CPU约有 99.9 ms的时间处于忙—等待中。 采用中断驱动方式：CPU可利用这 99.9 ms的时间去做其它事情，而仅用 0.1 ms的时间来处理由控制器发来的中断请求。;CPU;缺点: CPU每次处理的数据量少（通常不超过几个字节,由数据寄存器的大小而定），只适于数据传输率较低的设备。设备速度过高的话容易造成中断次数激增导致数据丢失。;CPU;3. 直接存储器访问DMA I/O控制方式 ;2) DMA控制器的组成 ;CPU;（1）DMA方式如果一次需要读多个数据块则需要CPU进行多次中断处理。 （2）多个DMA控制器的同时使用会引起内存地址的冲突并使得控制过程进一步复杂。 ;4. I/O通道控制方式 ; I/O通道方式是DMA方式的发展，它可进一步减少CPU的干预，即把对一个数据块的读(或写)为单位的干预，减少为对一组数据块的读(或写)及有关的控制和管理为单位的干预，同时又可实现CPU、通道和I/O设备三者的并行操作，从而更有效地提高整个系统的资源利用率。;2)通道程序;6.5.设备独立性 ; 在实现了设备独立性的功能后，可带来以下两方面的好处。 1) 设备分配时的灵活性 2) 易于实现I/O重定向 ;2. 设备独立性软件 ;6.5.3 设 备 分 配 ;2) 控制器控制表 （每个控制器一张）;系统设备表（整个只有系统一张）;2 .设备分配时应考虑的因素 ;3)设备分配的安全性 (1)安全分配方式 (2）不安全分配方式;3.独占设备的分配程序 ;6.5.4逻辑设备名到物理设备名映射的实现 ;6.6 用户层