設(shè)備管理培訓(xùn)教材(ppt76頁)(已修改)
2025-02-28 02:28 本頁面
【正文】 第 7章 設(shè)備管理 設(shè)備管理概述 I/O控制方式 I/O緩沖 設(shè)備分配與設(shè)備處理 I/O管理中的幾個(gè)重要思想 磁盤 I/O 小結(jié) 設(shè)備管理概述 一、 I/O設(shè)備的分類 1. 按從屬關(guān)系分類 （ 1） 系統(tǒng)設(shè)備 指在操作系統(tǒng)生成時(shí)已經(jīng)登記在系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備 。如鍵盤 、 顯示器 、 打印機(jī)等 。 （ 2） 用戶設(shè)備 指操作系統(tǒng)生成時(shí)未登記入系統(tǒng)的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備 。 如繪圖儀 、 掃描儀等 。 I/O設(shè)備分類 （ 1） 低速設(shè)備 指?jìng)鬏斔俾蕿槊棵腌妿讉€(gè)字符至數(shù)百個(gè)字節(jié)的設(shè)備 ， 如鍵盤 、 鼠標(biāo) 、 語音輸入等 。 （ 2） 中速設(shè)備 指?jìng)鬏斔俾蕿槊棵腌姅?shù)千個(gè)字節(jié)至數(shù)萬個(gè)字節(jié)的設(shè)備 ， 如針式打印機(jī) 、 激光打印機(jī)等 。 （ 3）高速設(shè)備 指?jìng)鬏斔俾蕿閿?shù)兆字節(jié)的設(shè)備，如磁帶機(jī)、磁盤機(jī)、光盤機(jī)等。 （ 1） 存儲(chǔ)設(shè)備 是計(jì)算機(jī)用來保存各種信息的設(shè)備 ， 如磁盤 、 磁帶等 。 （ 2） I/O設(shè)備 是向 CPU傳輸信息或輸出 CPU加工處理信息的設(shè)備。 例如：鍵盤， CRT I/O設(shè)備分類 I/O設(shè)備分類 （ 1）獨(dú)占設(shè)備 指在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)用戶（進(jìn)程）訪問的設(shè)備。也就是在某個(gè)用戶（進(jìn)程）對(duì) 設(shè)備的一次使用過程（包含多次 I/O操作）中，不允許其他用戶（進(jìn)程）使用該設(shè)備。 一般是低速的 I/O設(shè)備 ,如打印機(jī)等。 因?yàn)楠?dú)占設(shè)備屬于臨界資源，所以多個(gè)并發(fā)進(jìn)程必須互斥地訪問獨(dú)占設(shè)備。 （ 2） 共享設(shè)備 指在一段時(shí)間內(nèi)允許多個(gè)進(jìn)程同時(shí)訪問的設(shè)備，多個(gè)進(jìn)程以交叉的方式來使用設(shè)備，其資源利用率高，如硬盤。 （ 3）虛擬設(shè)備 指通過虛擬技術(shù)將一臺(tái)獨(dú)占設(shè)備變換為若干臺(tái)供多個(gè)用戶（進(jìn)程）共享的邏輯設(shè)備。一般可以利用假脫機(jī)（ SPOOLing）技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備。 按設(shè)備共享屬性分類 I/O設(shè)備分類 （ 1）字符設(shè)備 以字節(jié)為單位傳送數(shù)據(jù)，如鍵盤。 傳輸速度慢。 （ 2）塊設(shè)備 以塊（如 512B）為單位傳送數(shù)據(jù)，如磁盤。 傳輸速度快。 是 可尋址 的和 可隨機(jī)訪問 的設(shè)備 設(shè)備管理概述 二、設(shè)備管理的 2個(gè)重要目標(biāo)： 效率、通用性 （ 1） 效率 提高設(shè)備的利用率和 I/O效率 充分利用各種技術(shù)（中斷、 DMA、通道、緩沖等）提高 CPU與設(shè)備、設(shè)備與設(shè)備之間的并行工作能力，充分利用資源，提高資源利用率，提高 I/O處理的效率 ? 并行性 ? 均衡性（使設(shè)備充分忙碌） 設(shè)備管理的 2個(gè)重要目標(biāo) （ 2）通用性 為用戶提供方便、統(tǒng)一的接口，希望能用統(tǒng)一的方式處理所有的設(shè)備 屏蔽硬件細(xì)節(jié)（設(shè)備的物理細(xì)節(jié)，錯(cuò)誤處理，不同 I/O的差異性），使用戶擺脫繁瑣的程序設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān) ? 方便性 ? 接口的友好性 ? 透明性 設(shè)備管理概述 三、設(shè)備管理的功能 （ 1）設(shè)備分配。 按照設(shè)備類型和相應(yīng)的分配算法決定將 I/O設(shè)備分配給哪一個(gè)要求使用該設(shè)備的進(jìn)程。凡未分配到所需設(shè)備的進(jìn)程被放入一個(gè)等待隊(duì)列。 （ 2） 設(shè)備處理 。 設(shè)備處理程序?qū)崿F(xiàn) CPU和設(shè)備控制器之間的通信 。 即當(dāng) CPU向設(shè)備控制器發(fā)出 I/O指令時(shí) ， 設(shè)備處理程序應(yīng)啟動(dòng)設(shè)備進(jìn)行 I/O操作 ， 并能對(duì)設(shè)備發(fā)來的中斷請(qǐng)求作出及時(shí)的響應(yīng)和處理 。 （ 3）實(shí)現(xiàn)其他功能。 包括對(duì)緩沖區(qū)的管理功能及實(shí)現(xiàn)設(shè)備獨(dú)立性。 I/O控制方式 I/O控制方式：主機(jī)和 I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳送方式 4種 I/O控制方式 : （ 1）程序直接控制方式（輪詢） （ 2）中斷方式 （ 3） DMA方式 （ 4）通道方式 發(fā)展的思路：解放 CPU I/O控制方式 1. 程序直接控制方式（輪詢） 由用戶進(jìn)程控制，不斷測(cè)試設(shè)備狀態(tài) 缺點(diǎn)： ? 忙等待 ? CPU與 I/O設(shè)備只能串行工作 I/O控制方式 2. 中斷方式 為了減少設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序不斷詢問控制器狀態(tài)寄存器的開銷 當(dāng) I/O操作結(jié)束后，由設(shè)備控制器主動(dòng)通知設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 不足： ? 數(shù)據(jù)傳送是在中斷處理時(shí)由 CPU控制完成 ? 每次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量小，比如 1個(gè)字節(jié)或 1個(gè)字。盡管，通過在 I/O控制器中設(shè)置字符緩沖區(qū)而增大每次的數(shù)據(jù)傳輸量 ? 可能造成數(shù)據(jù)由于 CPU來不及取而丟失（當(dāng)外設(shè)速度快時(shí)） I/O控制方式 3. DMA方式 ? 在內(nèi)存與 I/O設(shè)備之間直接傳送數(shù)據(jù)塊 ? CPU在開始時(shí)向設(shè)備發(fā)“傳送一塊”命令，數(shù)據(jù)傳送由DMA控制器控制完成，每次 1個(gè)數(shù)據(jù)塊 ? 傳送結(jié)束時(shí)，由 DMA控制器給 CPU發(fā)送一個(gè)中斷信號(hào) ? DMA的功能可以以獨(dú)立的 DMA部件在系統(tǒng) I/O總線上完成，或者整合到 I/O部件中完成 DMA方式 DMA方式與中斷的主要區(qū)別： ? 中斷方式是在數(shù)據(jù)緩沖寄存器滿后，發(fā)中斷請(qǐng)求， CPU進(jìn)行中斷處理 DMA方式則是在所要求傳送的數(shù)據(jù)塊全部傳送結(jié)束時(shí)要求 CPU進(jìn)行中斷處理 大大減少了 CPU進(jìn)行中斷處理的次數(shù) ? 中斷方式的數(shù)據(jù)傳送是由 CPU控制完成的 DMA方式則是在 DMA控制器的控制下不經(jīng)過 CPU控制完成的 I/O控制方式 4. 通道方式 通道：獨(dú)立于 CPU的專門負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)輸入 /輸出傳輸工作的處理機(jī)，對(duì)外部設(shè)備實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，代替 CPU對(duì)輸入 /輸出操作進(jìn)行控制，從而使輸入 /輸出操作可與 CPU并行操作。 引入通道的目的： 為了使 CPU從 I/O事務(wù)中解脫出來，同時(shí)為了提高 CPU與設(shè)備、設(shè)備與設(shè)備之間的并行工作能力 數(shù)據(jù)傳送的方向、長(zhǎng)度、內(nèi)存地址等都由通道控制。 I/O緩沖 一、什么是 I/O緩沖？ 緩沖（ buffering）： 為了緩解通信雙方速度不匹配而引入的一個(gè)中間環(huán)節(jié)。 I/O緩沖： 在 CPU和 I/O設(shè)備之間設(shè)立緩沖區(qū)，用以暫存 CPU與
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