43存储设备管理.PPT

* * 第11课 设备管理(一) 本次课学习如下知识： 1．设备管理概述 ? 设备分类 ? 设备管理的功能 2．设备管理 ? 硬件结构 ? 数据传送方式 ? 软件结构 第4章　设备管理 这一章主要讨论两个方面的内容： 1．I/O设备管理：I/O硬件结构、数据传送方式、设备驱动程序、I/O 子系统、应用程序I/O接口、I/O请求处理。 2．存储设备管理：磁盘结构、磁盘调度程序、磁盘管理、交换空间管理。 ? 4.1　设备管理概述 4.1.1 设备分类 ? 按使用特性分类 ⑴输入输出设备 ⑵存储设备 ⑶终端设备 ? 按设备上的数据组织分类 块设备：以数据块为单位组织并传送信息。 字符流设备：以字符为单位来传送信息的设备。 4.1.2 设备管理的功能 ? 设备管理程序的下功能： ⑴提供系统与设备之间的接口 ?用户接口： ? I/O子系统： ?设备驱动程序： ⑵进行设备分配和回收 ⑶设备管理 4.2 I/O设备管理 4.2.1 I/O硬件结构 1．端口与总线的作用： ?设备与计算机之间的连接点一般叫端口。 ?端口与计算机之间用一组连线相连，则这组连线叫总线。 2．I/O设备的组成： ? 设备控制器： ? 端口控制器的作用及其组成： 3． DMA控制器 ? DMA的特点： ①数据传送的基本单位是数据块。 ②所传送的数据直接送入内存或者直接从内存读出。 ③传送数据块的工作是在DMA的控制之下，只在传送数据的开始和结束时才需要CPU的干预。 ? DMA控制器主要由以下四个寄存器组成： ①数据寄存器DR： ②命令/状态寄存器CR： ③内存地址寄存器MAR： ④数据计数器DC： ? DMA控制器： 4.2.2 数据传送方式 计算机系统提供了以下几种数据传送方式： 1.　定时查询 ? 定时查询的基本原理： ? 主机与控制器通过握手信号向端口输出数据的过程如下： 2.　中断 ? 中断的作用： ? 中断请求的执行过程： ? 中断循环处理过程如下图所示。 ? 中断控制器： 中断驱动I/O循环 3.　DMA方式 ?DMA的概念： ? 直接存储器存取控制器的作用： DMA工作方式的流程如下图所示。 ⑴CPU ①内存地址→DMA控制器内存地址寄存器。 ②传送字节数→DMA控制器计数器。 ③调度其它进程。 ⑵DMA控制器 ①从外设读全部数据块并存入其缓冲区进行校验； ②将缓冲区的内容拷贝到内存（由内存地址寄存器）； ③使内存地址寄存器增1，计数器减1； ④重复第二步和第三步直到计数器为0； ⑤发中断信号，停止I/O操作。 DMA工作方式流程 4. I/O通道方式 ? 通道的产生： ? 通道的概念：是一个专门负责输入输出操作的硬件。 ?通道与DMA的区别： ?通道方式的数据传送过程（以输入过程为例）： ①???? 当进程请求输入数据时，由CPU发出启动通道指令。 ②???? 当相应的通道接收到CPU的指令后，将内存中的通道指令程序读出，并根据指令设置相应设备控制器的状态寄存器。 ③???? 外部设备根据通道指令的要求，将数据传送到内存中指定的区域。 ④???? 数据传送结束后，设备控制器向CPU发送中断信号，请求CPU做中断处理。 ⑤???? CPU从中断返回后，继续中断前的工作。 4.2.3 I/O软件结构 1．I/O硬件与I/O软件的关系： 各硬件与软件之间的关系如下图所示。 I/O软硬件结构 2．设备驱动程序 ? 设备驱动程序的作用： ? 一个进程请求读磁盘上第n个块的执行过程： 3．I/O子系统的功能 ⑴ I/O调度程序 ⑵ 缓冲技术 ? 缓冲区的概念： ? 缓冲区解决的问题： 解决两设备之间的速度匹配问题。 减少外设产生中断的次数。 ⑶ 高速缓冲存储器 ? 高速缓冲存储器： ? 缓冲区和高速缓冲存储器的区别： ⑷ 假脱机系统 ? 假脱机的概念： ? 假脱机的作用： ⑸ 错误处理 ? 处理的必要性： ? 错误处理的一般原则： 4．应用程序I/O接口 ? 应用程序请求I/O服务的实现： ? I/O接口的作用： ? 设备驱动程序的作用： ? 系统调用的概念： ? 访问文件的系统调用： 常用的对设备的输入输出系统调用如下表所示。 系统调用名 功　　　能 Read 读 Write 写 Reposition 读写指针重定位 Getispeed 获得输入速度 Getospeed 获得输出速度 Setispeed 设置输入速度 Setospeed 设置输出速度 Getattr 获得设备属性 Setattr 设置设备属性 5．I/O请求处理 ? I/O请求处理