【正文】 1第 6章 設(shè)備管理n “設(shè)備 ”泛指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的外部設(shè)備，即除主機(jī)以外的其他所有設(shè)備。在多道程序設(shè)計(jì)環(huán)境下，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)允許多個(gè)用戶作業(yè)同時(shí)在內(nèi)存，它們的運(yùn)行勢(shì)必涉及到 I/O設(shè)備。于是，對(duì)于設(shè)備本身，有一個(gè)如何有效利用的問題；對(duì)于設(shè)備和 CPU， 有一個(gè)如何發(fā)揮并行工作能力的問題；對(duì)于設(shè)備和用戶，有一個(gè)如何方便使用的問題。202302012設(shè)備管理的任務(wù)n 是完成用戶提出的 I/O請(qǐng)求，為用戶分配 I/O設(shè)備，提高 CPU與 I/O設(shè)備的利用率，提高 I/O設(shè)備的速度，方便用戶使用 I/O設(shè)備。 202302013n 方便用戶使用 I/O設(shè)備u隱藏物理設(shè)備的細(xì)節(jié)u與設(shè)備的無關(guān)性n 提高 CPU和 I/O設(shè)備的利用率u提高 CPU和 I/O設(shè)備的利用率u對(duì) I/O設(shè)備進(jìn)行控制n 為用戶的共享設(shè)備時(shí)提供方便u確保對(duì)設(shè)備的正確共享u錯(cuò)誤處理202302014 I/O系統(tǒng)的層次和結(jié)構(gòu)模型n I/O層次結(jié)構(gòu)u用戶層 I/O軟件u設(shè)備獨(dú)立性軟件u設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序u中斷處理程序20230201520230201I/O層次結(jié)構(gòu)n用戶層軟件設(shè)備獨(dú)立性軟件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中斷處理程序硬件實(shí)現(xiàn)與用戶交互的接口，產(chǎn)生 I/O請(qǐng)求負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)與設(shè)備驅(qū)動(dòng)器的統(tǒng)一接口、設(shè)備命名，設(shè)備的保護(hù)，設(shè)備的分配與釋放，緩沖等。與硬件直接相關(guān)，負(fù)責(zé)具體實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)設(shè)備發(fā)出的操作指令，驅(qū)動(dòng) I/O設(shè)備工作的驅(qū)動(dòng)程序保護(hù)環(huán)境，轉(zhuǎn)入相應(yīng)處理程序，恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)等執(zhí)行 I/O操作620230201操作系統(tǒng)的 I/O子系統(tǒng)通常由四個(gè)層次組成，每一層明確定義了與鄰近層次的接口。其合理的層次組織排列順序是 (2023) I/O軟件、設(shè)備無關(guān)軟件、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、中斷處理程序B、用戶級(jí) I/O軟件、設(shè)備無關(guān)軟件、中斷處理程序、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序C、用戶級(jí) I/O軟件、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、設(shè)備無關(guān)軟件、中斷處理程序D、用戶級(jí) I/O軟件、中斷處理程序、設(shè)備無關(guān)軟件、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序用戶程序發(fā)出磁盤 I/O請(qǐng)求后，系統(tǒng)的處理流程是：用戶程序 系統(tǒng)調(diào)用處理程序 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 中斷處理程序。其中，計(jì)算數(shù)據(jù)所在磁盤的柱面號(hào)、磁頭號(hào)、扇區(qū)號(hào)的程序是（ 2023,2023）A、用戶程序 B、系統(tǒng)調(diào)用處理程序C、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 D、中斷處理程序720230201I/O層次視圖n用戶層軟件設(shè)備獨(dú)立性軟件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中斷處理程序硬件I/O系統(tǒng)接口RW/HW 接口8 I/O系統(tǒng)接口n 塊設(shè)備接口u塊設(shè)備：數(shù)據(jù)的存取和傳輸都是以數(shù)據(jù)塊為單位的設(shè)備。特點(diǎn)：傳輸速率高，可尋址， DMA控制方式u隱藏了磁盤的二維結(jié)構(gòu)u將抽象命令映射為低層操作n 流設(shè)備接口u字符設(shè)備。特點(diǎn)：傳輸速率低，不可尋址，中斷驅(qū)動(dòng)方式uGet操作和 put操作uIncontrol指令n 網(wǎng)絡(luò)接口202302019 I/O設(shè)備和設(shè)備控制器 n I/O設(shè)備由執(zhí)行 I/O操作的機(jī)械部分和執(zhí)行控制 I/O的電子部件（設(shè)備控制器）組成。2023020110 I/O設(shè)備 I/O設(shè)備的類型按使用特性分n 存儲(chǔ)設(shè)備：用以存儲(chǔ)信息的主要設(shè)備n 輸入輸出設(shè)備：輸入設(shè)備 ,輸出設(shè)備 ,交互式設(shè)備2023020111I/O設(shè)備的分類按傳輸速率分n 低速設(shè)備：每秒幾個(gè)到數(shù)百字節(jié)。如鍵盤、鼠標(biāo)n 中速設(shè)備：每秒數(shù)千到數(shù)萬字節(jié)。如打印機(jī)n 高速設(shè)備：每秒數(shù)百 K到數(shù)兆。如磁盤、磁帶2023020112按信息交換的單位分類n 塊設(shè)備 ： I/O傳輸?shù)膯挝皇菈K，如磁盤、磁帶。特征：速率高（幾兆）、可尋址（可隨機(jī)訪問任一塊）、 DMA方式驅(qū)動(dòng)。 n 字符設(shè)備： I/O傳輸?shù)膯挝皇亲止?jié)，如打印機(jī)、 modem等。特征：速率較低、不可尋址、中斷驅(qū)動(dòng)。2023020113 按設(shè)備共享屬性分類n 獨(dú)占型設(shè)備：在任一段時(shí)間內(nèi)最多有一個(gè)進(jìn)程占用它，字符設(shè)備及磁帶機(jī)屬獨(dú)占型設(shè)備。即臨界資源。n 共享型設(shè)備：多個(gè)進(jìn)程對(duì)它的訪問可以交叉進(jìn)行，除磁帶機(jī)外的塊設(shè)備屬共享設(shè)備n 虛擬設(shè)備： 在一類設(shè)備上模擬另一類設(shè)備，常用共享設(shè)備模擬獨(dú)占設(shè)備，用高速設(shè)備模擬低速設(shè)備，被模擬的設(shè)備稱為虛 擬 設(shè)備2023020114設(shè)備與控制器之間的接口n 通常，設(shè)備不是直接與 CPU進(jìn)行通信，而是與設(shè)備控制器通信，因此在 I/O設(shè)備中應(yīng)含有與設(shè)備控制器間的接口，在該接口中有三種類型的信號(hào)，各對(duì)應(yīng)一條信號(hào)線2023020115設(shè)備與控制器之間的接口n 數(shù)據(jù)信號(hào)線 用于在設(shè)備和設(shè)備控制器之間傳送數(shù)據(jù)信號(hào)。n 控制信號(hào)線 作為由設(shè)備控制器向 I/O設(shè)備發(fā)送控制信號(hào)時(shí)的通路。n 狀態(tài)信號(hào)線 用于傳送指示設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)的信號(hào)。2023020116n 設(shè)備控制器主要負(fù)責(zé)控制一個(gè)或多個(gè) I/O設(shè)備，以實(shí)現(xiàn) I/O設(shè)備和計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。它是CPU與 I/O設(shè)備之間的接口 ，接收從 CPU發(fā)來的命令，并控制 I/O設(shè)備工作，以使 CPU從繁雜的設(shè)備控制事務(wù)中解脫出來。n 是一個(gè)可編址設(shè)備，每一個(gè)地址對(duì)應(yīng)一個(gè)設(shè)備。n 設(shè)備控制器可分為兩類，一類用于控制字符設(shè)備的控制器，另一類是用于控制塊設(shè)備的控制器。n 在微型機(jī)中的控制器，常做成印刷電路卡，因而也常稱為接口卡2023020117設(shè)備控制器的基本功能n 接收和識(shí)別命令n 數(shù)據(jù)交換n 標(biāo)識(shí)和報(bào)告設(shè)備的狀態(tài)n 地址識(shí)別n 數(shù)據(jù)緩沖n 差錯(cuò)控制2023020118設(shè)備控制器的組成n 由于設(shè)備控制器位于 CPU與設(shè)備之間，它既要與CPU通信，又要與設(shè)備通信，還應(yīng)具有按照 CPU所發(fā)來的命令去控制設(shè)備的工作的功能，因此現(xiàn)有的大多數(shù)控制器都是由三部分組成u設(shè)備控制器與處理機(jī)的接口u設(shè)備控制器與設(shè)備的接口uI/O邏輯2023020119設(shè)備控制器的組成2023020120 I/O2023020121 I/O2023020122I/O通道雖然在 CPU與 I/O設(shè)備之間增加了設(shè)備控制器后，已能大大減少 CPU對(duì) I/O的干預(yù)，但當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)配置的設(shè)備較多時(shí)， I/O操作較為頻繁的情況下， CPU可能完全陷入 I/O處理，這樣會(huì)大大地降低計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的效率，解決的方法就是用到 通道技術(shù) 。 2023020123n 通道方式的目的使一些原來由 CPU處理的 I/O任務(wù)轉(zhuǎn)由通道來承擔(dān)，從而使 CPU徹底從 I/O中解放出來。當(dāng)用戶發(fā)出 I/O請(qǐng)求后， CPU就把該請(qǐng)求全部交由通道去完成。通道在整個(gè) I/O任務(wù)結(jié)束后，才發(fā)出中斷信號(hào)，請(qǐng)求 CPU進(jìn)行善后處理。不僅數(shù)據(jù)傳輸獨(dú)立于 CPU,而且 I/O操作的組織管理也獨(dú)立于 CPU。I/O通道的引入 ：2023020124 為使中央處理機(jī)從繁忙的 I/O處理中擺脫出來，現(xiàn)代大、中型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中設(shè)置了 專門的處理 I/O操作的處理機(jī)，并把這種處理機(jī)稱為通道。 通道在 CPU的控制下獨(dú)立地執(zhí)行通道程序，對(duì)外部設(shè)備的 I/O操作進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)存與外設(shè)之間成批的數(shù)據(jù)交換。通道 =I/O處理機(jī) 通道概念2023020125 I/O通道與一般的處理機(jī)不同，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：n 指令類型單一，這是由于通道硬件比較簡(jiǎn)單， 其所能執(zhí)行的命令，主要局限于與 I/O操作有關(guān)的指令； n 通道沒有自己的內(nèi)存，通道所執(zhí)行的通道程序是放在主機(jī)的內(nèi)存中的， 換言之，是通道與 CPU共享內(nèi)存。2023020126I/O通道n I/O通道的分類 u字節(jié)多路通道u數(shù)據(jù)選擇通道u數(shù)組多路通道