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1、第7章 设备管理,I/O设备管理概述,磁盘管理,I/O系统,缓冲管理,7.1 I/O 设备管理概述,I/O管理的基本任务 完成用户提出的I/O请求 提高I/O速率 改善I/O设备的利用率,7.1 I/O 设备管理概述,I/O管理的功能 监视设备的状态 进行设备分配 完成I/O操作 缓冲管理,I/O硬件组成,主机I/O系统 四级结构,微型机I/O系统 单总线结构,I/O设备,设备的类型 按设备进行信息交换的单位分类： 块设备如：磁盘、光盘 块大小512B32KB。 特点：速度高、随机访问、I/O采用DMA方式。 字符设备如：键盘、打印机、网卡。 特点：速度低、不可寻址、I/O采用中断方式。,I/
2、O设备,设备的类型 按共享属性分类： 独占设备 共享设备 虚拟设备,设备控制器,设备控制器或适配器 CPU与I/O设备之间的接口，接收从CPU发来的命令，并控制I/O设备工作。 通常一台控制器可控制多台同一类型的设备。 设备控制器的形式：印刷电路卡，又称接口卡。 设备驱动程序：控制设备控制器的软件,设备控制器的组成,控制器的功能 数据交换数据寄存器 接收和识别CPU发来的命令控制寄存器 了解设备的状态，报告给CPU状态寄存器 地址识别地址译码器,设备控制器的组成,控制器与CPU之间接口用于控制设备与总线之间交换数据。 控制器与设备之间接口用于根据CPU发来的命令，控制设备的动作。 I/O逻辑用
3、于实现对设备的控制。将启动命令发送给控制器；以及对收到的地址进行译码，再根据译出的命令对设备进行控制。,设备通道,通道 外设很多时，在CPU与控制器之间增加通道，减轻CPU负担。 增加通道的目的 建立独立的I/O操作，使CPU从繁重的I/O中解放出来 通道的实质 是特殊的处理机 指令类型单一 没有内存,通道的类型,字节多路通道 连接中、低速外设。如打印机、终端等。 以字节为传送单位。 传送时，通道与多个外设交叉传递，当一个外设交换一个字节后，立即腾出，将通道让给另一个设备使用。,通道的类型,数组选择通道 连接磁盘等高速外设。 以块为传送单位。 连接多个外设，但一段时间只被一个设备独占，直至释放
4、。 数组多路通道 连接高速外设。如磁盘。 综合字节多路通道的”并行“和数组选择通道的”高速“的优点。利用一台设备”读写定位”的时间，再与另一外设交换信息。,字节多路通道 连接中、低速外设。如打印机、终端等。 以字节为传送单位。 传送时，通道与多个外设交叉传递，当一个外设交换一个字节后，立即腾出，将通道让给另一个设备使用。,通道的连接方式,单通路连接 I/O繁忙时，通道成为瓶颈。 多通路连接 设备与计算机之间增加多条通路 增强可靠性,7.2 I/O控制方式,略,7.3 I/O系统,I/O系统层次结构,设备分配考虑因素,设备固有属性 独享设备 共享设备 虚拟设备 设备分配算法 先来先服务 优先级高
5、者优先 设备分配中的安全性 安全分配方式（单请求方式） 不安全分配方式,设备的独立性,设备独立性（也称设备无关性） 指用户程序独立于具体物理设备。 设备独立性的优点 设备分配时的灵活性 易于实现I/O重定向 设备独立性的实现逻辑设备表 操作系统实现逻辑设备到物理设备的转换。,逻辑设备表（Logical Unit Table，LUT）,LUT的设置： 整个系统一张（单用户系统） 一个用户一张（多用户系统）,设备分配用数据结构,系统设备表SDT （整个系统一张） 设备控制表DCT （每个设备一张） 控制器控制表COCT （每个控制器一张） 通道控制表CHCT （每个通道一张）,设备分配程序,单通路
6、情况下的 设备分配程序,SPOOLing技术Simultancous Periphernal Operations On -Line,SPOOLing的系统组成： 输入井和输出井 输入缓冲区和输出缓冲区 输入进程SPi和输出进程SPo,SPOOLing技术,SPOOLing特点： 提高I/O速度 将独占设备改造为共享设备 实现虚拟设备功能,设备驱动程序,设备驱动程序的功能： 接收来自上层的I/O请求，并检查请求的合法性。 向有关I/O设备的控制器（中的控制/状态寄存器）发出控制命令，监督它们的正确执行，并进行必要的错误处理。 对等待各种设备、控制器和通道的进程进行排队。 执行比寄存器级别更高的一些特殊处理，如代码转换、退出处理等。 处理来自设备的中断。 设备驱动程序的特点 不同类型的设备配置不同的驱动程序。 由于驱动程序与硬件紧密相关，常用汇编语言写。 驱动程序的结构与I/O控制方式紧密相关。 设备驱动程序可动态加载,中断处理程序,略,