计算机操作系统教程 课件第8章_IO设备管理.pptx

计算机操作系统;第八章设备管理;在现代计算机系统中，有大量的输入输出设备，其种类繁多，差异大。而且随着技术的发展，新设备也不断地出现。因此，如何管理好这些设备，使资源得以合理的利用，是操作系统的一个主要功能。;按交互方向分类：

输入设备：键盘、鼠标、扫描仪；

输出设备：显示器、打印机；

输入/输出：磁盘、网卡。;按数据组织分类：

块设备：以数据块作为信息的存储和传输单位，每个数据块都有一个地址，数据块之间的读写操作是相互独立的，如硬盘

字符设备：以字符作为信息存储和传输单位，数据即字符流，无定位无寻址，如鼠标、键盘;8.1.1I/O设备的类型;8.1.1I/O设备的类型;有了I/O设备，是否就能完成I/O功能呢？;标准接口？;设备控制器;每个设备控制器都有一些寄存器用来与CPU通信。通过往这些寄存器中写入不同的值，OS能命令该设备去执行发送数据、接收数据、打开、关闭等操作；OS也能通过读取这些寄存器的值来了解设备的当前状态。此外，许多控制器还有一个数据缓冲区供OS读写。;设备控制器的功能;设备控制器的组成;I/O独立编址;Linux0.11/boot/setup.s;内存映像编址;I/O通道;I/O通道;“瓶颈”问题;“瓶颈”问题;程序I/O方式(ProgrammedI/O)

中断驱动方式(Interrupt-drivenI/O)

直接内存访问方式(DMA,DirectMemory

Access);小宝宝在家吃饭

如果宝宝的嘴巴没空（如上一口饭菜尚未吃完），循环等待

装一勺饭菜，喂到宝宝嘴里

重复上述步骤;基本思路：在程序（设备驱动程序）中通过不断地检测I/O设备的当前状态，来控制I/O操作的完成。具体来说，在进行I/O操作之前，要循环地检测设备是否就绪；在I/O操作进行之中，要循环地检测设备是否已完成。从硬件来说，控制I/O的所有工作均由CPU来完成。

也称为繁忙等待方式（busywaiting）或轮询方式

（polling）。;一个例子;for(i=0;icount;i++)

{

while(*printer_status_reg!=READY);

*printer_data_register=p[i];

};循环检测的控制方法占用了太多的CPU时

间，可能会造成CPU时间的浪费。例如：

假设打印机的打印速度为100字符/秒，在

循环检测方式下，当一个字符被写入到打

印机的数据寄存器中后，CPU需要等待10

毫秒才能写入下一个字符。

一种解决的办法：中断驱动的控制方式。;宝宝在幼儿园吃饭

将饭菜装入每个宝宝的小碗

宝宝开始吃饭，老师去做别的事情

在吃饭时，宝宝通过举手打断老师

老师再为宝宝装一碗饭菜

;直接内存访问（DirectMemoryAccess，DMA）方式：在硬件上需要一个DMA控制器。

DMA控制器可以直接去访问系统总线，它能代替CPU去指挥I/O设备与内存之间的数据传送。;DMA控制器的组成;为了实现在主机与控制器之间成块数据的直接交换，必须在DMA控制器中设置如下四类寄存器：

(1)命令/状态寄存器CR。用于接收从CPU发来的I/O命令或有关控制信息，或设备的状态。

(2)内存地址寄存器MAR。在输入时，它存放把数据从设备传送到内存的起始目标地址；在输出时，它存放由内存到设备的内存源地址。

(3)数据寄存器DR。用于暂存从设备到内存，或从内存到设备的数据。

(4)数据计数器DC。存放本次CPU要读或写的字(节)数。;I/O通道控制方式;2.通道程序;操作;为了管理I/O设备，需要哪一些相关的软件？这些软件各自完成何种功能，相互的关系、组织结构又如何？;用户空间的I/O软件;设备驱动程序：与具体的设备类型相关的，用来控制设备运行的程序。一般由设备生产商提供。

通常是平台相关（如Windows/linux），适合于特定的某个设备（如键盘）或某类设备（如SCSI）

每一个I/O设备都需要相应的设备驱动程序，而每一个设备驱动程序一般只能处理一种设备类型。;DeviceDrivers;设备独立的I/O软件（I/O子系统）是系统内核的一

部分，其任务是实现所有设备都需要的一些通用的

I/O功能，并向用户级软件提供一个统一的接口。

为什么需要内核的I/O软件？

I/O设备的种类繁多、功能各异，需要标准化接口

I/O设备不可靠，如存储介质失效或传输错误

I/O设备不可预测，且运行速度快慢不一;应用程序开发人员;;;;;;;8.2.1缓冲技术概述;;;