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;Booting;第五章 设备管理MANAGING I/O DEVICES;2.I/O性能经常成为系统性能的瓶颈 (1)CPU性能不等于系统性能，响应时间也是一个重要因素? (2)CPU性能越高，与I/O差距越大 弥补：更多的进程 (3)进程切换多，系统开销大;3.操作系统庞大复杂的原因之一是：资源多、杂，并发，均来自I/O 4.理解I/O的工作过程与结构是理解操作系统的工作过程与结构的关键 5.I/O技术很实用 6.与其他功能联系密切，特别是文件系统;5.1 I/O系统的组成 5.2 I/O 控制方式 5.3 缓冲管理 5.4 设备分配 5.5 设备驱动 5.6 磁盘存???设备管理;5.1 I/O系统的组成 5.1.1 I/O 设备分类;2.按信息交换的单位分 块设备——以数据块为单位存储、传输信息 字符设备——以字符为单位存储、传输信息;3.按外部设备的从属关系分 系统设备——指操作系统生成时，登记在系统中的标准设备 （如终端、打印机、磁盘机等）;3.按外部设备的从属关系分 用户设备——指在系统生成时，未登记在系统中的非标准设备。对于这类设备的处理程序由用户提供，并将其纳入系统，由系统代替用户实施管理。 如A/D，D/A转换器，CAD所用专用设备 ;4. 按传输速率: 低速(KB/s) 中速 高速(100KB/s);5. 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。（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） 为了提高资源利用率，如SPOOLing技术就使用了虚设备技术——用硬盘模拟输入输出设备。;SPOOLing技术 为解决独立设备数量少，速度慢，不能满足众多进程的要求，而且在进程独占设备期间，设备利用率比较低而提出的一种设备管理技术 ;5.1.2 设备控制器;1.设备 机械部分是设备本身 2.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，它常采用印刷电路卡插入计算机中 ; 控制器卡上通常有一个插座，通过电缆与设备相连 控制器和设备之间的接口是一个标准接口，它符合ANSI、IEEE或ISO这样的国际标准;;I/O模块的一般结构;;5.1.2 设备控制器; 1. 设备控制器的组成;I/O设备的编址： 为了CPU便于对I/O设备进行寻址和选择,必须给众多的I/O设备进行编址,也就是给每一台设备规定一些地址码,称为设备号或设备代码. ;有两种寻址方法 ⑴专设I/O指令. 例指令IN完成输入,指令OUT完成输出操作.其地址码指出I/O设备的设备代码. 这是I/O空间独立于存储器空间的情况,即设备码的编码和存储器的存储单元的编码是平行存在的.;⑵利用访存(取数/存数)指令完成I/O功能. 使用这种方法时,从主存的地址空间中分出一部分地址码作为I/O的设备代码,当访问到这些地址时,表示被访的不是主存储器,而是I/O设备寄存器 (例如,设备的数据缓冲器或设备的状态寄存器). 这时I/O空间和存储器空间是合在一起的,即I/O设备和存储单元是统一编址的.;80X86是有专门的I/O指令,直接寻址设备码可达512个.; 操作系统将命令写入控制器寄存器中，以实现输入／输出 例如：IBM PC的软盘控制器可接收15条命令，READ、WRITE、FORMAT、SEEK、RECALIBRATE，命令可以带参数。它们被一起送入控制器的寄存器中;当控制器接受一条命令后，可独立于CPU完成指定操作，CPU可以转去执行其它运算。 命令完成时，控制器产生一个中断，CPU响应中断，控制转给操作系统。 CPU通过读控制器寄存器中的信息，获得操作结果和设备状态;2. 设备控制器的功能;举例: 典型的设备控制器是磁盘控制器, 它从I/O总线上接收发来的诸如“写这个数据块”之类的高级命令, 并对它进行译码识别, 转换成诸如“把磁头定位在正确的磁道上”和“把数据写入这个磁道”之类的低级磁盘操作的电信号, 指挥磁盘驱动器执行这些操作, 每执行一步都要将磁盘驱动器的发来的电信号进行转换和解释, 变为设备的数据状态信息, 将此结果记录在控制器的状态寄存器上, 供CPU了解。CPU根据此状态信息确定下一步如何操作。;;5.1.3 I/O通道;; ; ;通道类型;;通道类型;通道类型;3. 解决瓶颈问题 通道往往成为I/O的瓶颈如图:(p149图5-4