操作系统 第5章输入与输出系统(1).ppt

磁盘访问的三个动作，物理地址形式 一段时间的概念 低中高的分类 北 京 林 业 大 学 信 息 学 院 输入/输出系统 第5章 输入/输出硬件 输入输出软件与硬件 输入/输出软件 输入输出设备 设备控制器 通道 存储器直接存取(DMA)设备 数据传送控制方式 中断 设备驱动程序 与设备无关的I/O软件 设备分配 缓冲 进程与资源管理 文件管理 存储管理 设备管理 处理机 主存 设备 操作系统 计算机硬件 操作系统庞大复杂的原因之一：资源多、杂，并发，均来自I/O 外设种类繁多，结构各异 输入输出数据信号类型不同 速度差异很大 I/O性能经常成为系统性能的瓶颈 CPU性能不等于系统性能：响应时间也是一个重要因素 CPU性能越高，与I/O差距越大 弥补：更多的进程 进程切换多，系统开销大 一、引言 1) 选择和分配设备以便进行数据传输操作； 2) 控制设备和CPU(或内存)之间交换数据； 3) 为用户提供一个友好的透明接口； 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。 设备管理的主要任务 为进程管理提供接口（将进程的请求转给设备管理） 实施设备分配（设备分类、调度算法、等待队列） 实现设备之间以及设备与CPU之间并行操作（DMA、通道） 缓冲区管理 设备管理程序提供的功能 接收用户提出的I/O请求阶段 响应设备中断请求阶段 设备管理的两个阶段 输入输出硬件 （1）按功能特性分 存储型设备 输入输出型设备（交互型设备） 数据通信设备 1.设备的分类 磁带机、磁盘机等外存设备 键盘、图形输入仪、鼠标 显示器、打印机等 通用终端、专用终端等 （2）按数据组织分 字符设备以字符为单位存储、传输信息 块设备 以数据块为单位存储、传输信息 块设备 （1）顺序存取存储设备：磁带 永久保存大容量数据 顺序存取设备：前面的物理块被存取访问之后，才能存取后续的物理块的内容 存取速度较慢：主要用于后备存储，或存储不经常用的信息，或用于传递数据的介质 第i块 间隙 第i+1块 （2）直接存取存储设备：磁盘 直接（随机）存取设备： 存取磁盘上任一物理块的时间不依赖于该物理块所处的位置 （3）完全直接存取存储设备： 半导体随机存取存储器 磁道 扇区 块设备 柱面 扇区 磁臂 磁头 信息记录在磁道上，多个盘片，正反两面都用来记录信息，每面一个磁头 所有盘面中处于同一磁道号上的所有磁道组成一个柱面 物理地址形式： 磁头号（盘面号）+磁道号（柱面号）+ 扇区号 磁盘访问过程由三个动作组成： 寻道（时间）：磁头移动定位到指定磁道 旋转延迟（时间）：等待指定扇区从磁头下旋转经过 数据传输（时间）：数据在磁盘与内存之间的实际传输 （3）按资源分配角度分 独占设备 在一段时间内只能有一个进程使用的设备，一般为低速I/O设备（如打印机，磁带等） 共享设备 在一段时间内可有多个进程共同使用的设备，多个进程以交叉的方式来使用设备，其资源利用率高（如硬盘） 虚设备 在一类设备上模拟另一类设备，常用共享设备模拟独占设备，用高速设备模拟低速设备，被模拟的设备称为虚设备 目的：将慢速的独占设备改造成多个用户可共享的设备，提高设备的利用率（实例：SPOOLing技术，利用虚设备技术 ——用硬盘模拟输入输出设备） 设备的分类（续2） （4）从数据传输率角度分 低速设备 指其传输速率仅为每秒钟几个字节至数百个字节的一类设备。如键盘、 鼠标器、语音的输入和输出等设备。 中速设备 指其传输速率在每秒钟数千个字节至数万个字节的一类设备。如行式打印机、激光打印机等。 高速设备 指其传输速率在数百万个字节至数十兆字节的一类设备。如磁带机、 磁盘机、 光盘机等。 设备的分类（续4） 2.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 （1）物理设备 机械部分是设备本身（物理装置） （2）设备控制器 电子部分叫做设备控制器或适配器 完成设备与主机间的连接和通信 在小型和微型机中，它常采用印刷电路卡插入计算机主板上的总线插槽 通过若干接口寄存器或接口缓冲区与CPU通信 设备控制器通常由以下三部分组成：  (1) 设备控制器与CPU的接口。该接口用于实现设备控制器与CPU之间的通信。在该接口中有三类信号线：数据线、地址线、 控制线。 数据线通常与两类寄存器相连接：  ① 数据寄存器。设备控制器中可以有一个或多个数据寄存器，用于存放从设备送来的数据(输入)或从CPU送来的数据(输出)。 ② 控制/状态寄存器。在控制器中同样可以