【正文】 1第 6章 設(shè)備管理n “設(shè)備 ”泛指計算機系統(tǒng)中的外部設(shè)備，即除主機以外的其他所有設(shè)備。在多道程序設(shè)計環(huán)境下，計算機系統(tǒng)允許多個用戶作業(yè)同時在內(nèi)存，它們的運行勢必涉及到 I/O設(shè)備。于是，對于設(shè)備本身，有一個如何有效利用的問題；對于設(shè)備和 CPU， 有一個如何發(fā)揮并行工作能力的問題；對于設(shè)備和用戶，有一個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 I/O設(shè)備進行控制n 為用戶的共享設(shè)備時提供方便u確保對設(shè)備的正確共享u錯誤處理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)備獨立性軟件u設(shè)備驅(qū)動程序u中斷處理程序20230201520230201I/O層次結(jié)構(gòu)n用戶層軟件設(shè)備獨立性軟件設(shè)備驅(qū)動程序中斷處理程序硬件實現(xiàn)與用戶交互的接口，產(chǎn)生 I/O請求負責實現(xiàn)與設(shè)備驅(qū)動器的統(tǒng)一接口、設(shè)備命名，設(shè)備的保護，設(shè)備的分配與釋放，緩沖等。與硬件直接相關(guān)，負責具體實現(xiàn)系統(tǒng)對設(shè)備發(fā)出的操作指令，驅(qū)動 I/O設(shè)備工作的驅(qū)動程序保護環(huán)境，轉(zhuǎn)入相應(yīng)處理程序，恢復(fù)現(xiàn)場等執(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)動程序、中斷處理程序B、用戶級 I/O軟件、設(shè)備無關(guān)軟件、中斷處理程序、設(shè)備驅(qū)動程序C、用戶級 I/O軟件、設(shè)備驅(qū)動程序、設(shè)備無關(guān)軟件、中斷處理程序D、用戶級 I/O軟件、中斷處理程序、設(shè)備無關(guān)軟件、設(shè)備驅(qū)動程序用戶程序發(fā)出磁盤 I/O請求后，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)動程序 中斷處理程序。其中，計算數(shù)據(jù)所在磁盤的柱面號、磁頭號、扇區(qū)號的程序是（ 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)備獨立性軟件設(shè)備驅(qū)動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：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：傳輸速率低，不可尋址，中斷驅(qū)動方式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 存儲設(shè)備：用以存儲信息的主要設(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：每秒幾個到數(shù)百字節(jié)。如鍵盤、鼠標n 中速設(shè)備：每秒數(shù)千到數(shù)萬字節(jié)。如打印機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（可隨機訪問任一塊）、 DMA方式驅(qū)動。 n 字符設(shè)備： I/O傳輸?shù)膯挝皇亲止?jié)，如打印機、 modem等。特征：速率較低、不可尋址、中斷驅(qū)動。2023020113 按設(shè)備共享屬性分類n 獨占型設(shè)備：在任一段時間內(nèi)最多有一個進程占用它，字符設(shè)備及磁帶機屬獨占型設(shè)備。即臨界資源。n 共享型設(shè)備：多個進程對它的訪問可以交叉進行，除磁帶機外的塊設(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，各對應(yīng)一條信號線2023020115設(shè)備與控制器之間的接口n 數(shù)據(jù)信號線 用于在設(shè)備和設(shè)備控制器之間傳送數(shù)據(jù)信號。n 控制信號線 作為由設(shè)備控制器向 I/O設(shè)備發(fā)送控制信號時的通路。n 狀態(tài)信號線 用于傳送指示設(shè)備當前狀態(tài)的信號。2023020116n 設(shè)備控制器主要負責控制一個或多個 I/O設(shè)備，以實現(xiàn) I/O設(shè)備和計算機之間的數(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 是一個可編址設(shè)備，每一個地址對應(yīng)一個設(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 接收和識別命令n 數(shù)據(jù)交換n 標識和報告設(shè)備的狀態(tài)n 地址識別n 數(shù)據(jù)緩沖n 差錯控制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 I/O的干預(yù)，但當一個系統(tǒng)配置的設(shè)備較多時， I/O操作較為頻繁的情況下， CPU可能完全陷入 I/O處理，這樣會大大地降低計算機系統(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，從而使 CPU徹底從 I/O中解放出來。當用戶發(fā)出 I/O請求后， CPU就把該請求全部交由通道去完成。通道在整個 I/O任務(wù)結(jié)束后，才發(fā)出中斷信號，請求 CPU進行善后處理。不僅數(shù)據(jù)傳輸獨立于 CPU,而且 I/O操作的組織管理也獨立于 CPU。I/O通道的引入 ：2023020124 為使中央處理機從繁忙的 I/O處理中擺脫出來，現(xiàn)代大、中型計算機系統(tǒng)中設(shè)置了 專門的處理 I/O操作的處理機，并把這種處理機稱為通道。 通道在 CPU的控制下獨立地執(zhí)行通道程序，對外部設(shè)備的 I/O操作進行控制，以實現(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 通道概念2023020125 I/O通道與一般的處理機不同，主要表現(xiàn)在以下兩個方面：n 指令類型單一，這是由于通道硬件比較簡單， 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