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第五章 设备管理 设备管理的对象是： I/O 设备为主，包括设备控制器和 I/O 通道； 设备管理的基本任务是：完成用户 I/O 请求、提高 I/O 速度及提高 I/O 设备利用率； 设备管理的主要功能是：缓冲区管理、设备分配 、设备处理、虚拟设备及设备独立性。 5.1 I/O 系统 5.1.2 设备控制器－CPU 和 I/O 设备的接口，解脱 CPU；可编址，含有多个设备地 址，以连接多个设备。 1. 设备控制器的基本功能 1) 接收和识别命令：接收 CPU 命令存放于控制寄存器；命令译码 2) 数据交换： CPU(总线)--控制器(数据寄存器)--设备； 3) 标识和报告设备的状态：供 CPU 了解；状态寄存器； 4) 地址识别：设备和寄存器地址；地址译码器 5) 数据缓冲：用缓冲器暂存来自 CPU 和 I/O 设备的数据； 6) 差错控制：对 I/O 数据差错检测，并向 CPU 报告，错误重发。 2. 设备控制器的组成 1).设备控制器与处理机的接口—通信线路(三类)：数据线、 控制线和地址线,数据线连 接数据寄存器和控制/状态寄存器； 2).设备控制器与设备的接口—连接多个设备， 每个接口有数据、状态和控制三种信号； 3).I/O 逻辑—根据 CPU 发来信号对设备控制。 CPU 启动设备时，将 I/O 启动命令和地址分别通过数据线和地址线发送给控制器，由 I/O 逻辑对地址进行译码，再根据所译出的命令对相应设备进行控制。 CP U与控制器接口 控制器与 设 备接口 控制器与设备接口1…控 控制器 与设备 接口1 … 控制器 与设备 接口i 数据线 数据寄存器 控制 控制/状态 寄存器 地址线 I/O逻辑 …控制线数据 I/O逻辑 … 控制线 图 5-2 设备控制器的组成 5.1.3 I/O 通道 1.I/O 通道(I/O Channel)设备的引入 虽然设备控制器能减少 CPU 对 I/O 的干预，但当外设很多时， CPU 负担仍很重。为建 立更独立的 I/O 操作，在 CPU 和控制器之间又增设了通道，其目的是将 CPU 从繁杂的 I/O 任务解脱出来。 此时， CPU 只需向通道发送一条 I/O 指令， 通道便从内存中取出通道程序执 行，完成了规定的 I/O 任务后才向 CPU 发中断信号。 I/O 通道是一种特殊的处理机，能执行I/O 指令，并通过执行通道程序来控制I/O 操作。 与一般处理机不同表现在: 一是指令类型单一：能执行的命令局限于与I/O 操作有关； 二是没有自己的内存：通道程序放在主机内存中，与CPU 共享内存。 2. 通道类型 1) 字节多路通道(Byte Multiplexor Channel)：按字节交叉方式工作。含许多非分配型子 通道，每一子通道连接一台I/O 设备，并控制其 I/O 操作。子通道按时间片轮转方式共享主 通道。 如下图 ABCD…为设备， A1 A2 A3…是以字节为单位的数据流 设 备 A A A …子通道A 控制器A控制器B控 控制器A 控制器B 控制器C B B B …子通道B 1 2 3 A B C …A A B C …A B C … 1 1 1 2 2 2 1 2 3 控制器D …N N N …子通道N … 1 2 1 2 3 图 5-3 字节多路通道的工作原理 2) 数组选择通道(Block Selector Channel) 字节多路通道不适于连接高速设备，推动了数组选择通道。 缺点： 这种通道虽然可连接多台高速设备， 但它只含有一个子通道， 每次只允许一台设备独 占该通道，无数据传送时造成通道闲置， 通道的利用率很低。 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。 3. “瓶颈”问题－－因通道价格昂贵，机器中所设通道数量较少，造成整个系统吞吐量 的下降,成为 I/O 瓶颈。 如图 5-4：设备 1－4 是磁盘，四个磁盘共享通道 1 和 2 个控制器，即同一时间段内只能有 一个磁盘启动。 解决“瓶颈”问题最有效的方法， 是增加设备到主机间的通路而不增加通道， 如图 5-5 所示。 控 控制器1 通道1 控制器2 存储器 控制器3 通道2 控制器4 设备1 设备2 设备3 设备4 设备5 设备6 设备7 图 5-4 单通路 I/O 系统 I I/O设备 控制器1 I/O设备 I/O设备 控制器2 I/O设备 通道1 存储器 通道2 图 5-5 多通路 I/