【正文】 第六章 設備管理 ● I/O接口 ● 磁盤管理 ● I/O控制方式 ● 緩沖管理 ● 系統(tǒng)總線 系統(tǒng)總線 總線基本概念和分類 ? 兩兩部件獨立相連，相互通信時雙方必須停止其他工作，降低了部件的工作效率； ? 隨著計算機部件的增多，內部連線非常復雜，不利于系統(tǒng)設備的擴展。 ? 總線是計算機中各個通信模塊共享的，用來在這些部件之間傳送信息的一組導線和相關的控制和接口部件。 總線分類 ? CPU內部總線 ：寄存器之間，寄存器與 ALU之間。 ? 系統(tǒng)總線 ： CPU與主存或 I/O設備之間的信息傳送線，又稱為外總線。 ? 通信總線 ：計算機系統(tǒng)之間或計算機系統(tǒng)與外部設備之間的信息傳送線。 系統(tǒng)總線的組成 ? 傳送主存單元地址或者 I/O設備的端口地址。 ? 完成總線上各功能部件之間的數據傳送。 ? 傳送定時信號和命令信息，以實現(xiàn)對設備的控制和監(jiān)視。 ，但任何時刻都只能由一個設備向總線發(fā)送信息，所以對總線的使用需要協(xié)調。 系統(tǒng)總線的結構 任何兩個部件之間可以直接進行信息交流，提高了計算 機的靈活性和工作效率，但由于總線是臨界資源，單總線 會增加總線負載，影響操作速度。 CPU 主存 I/O接口 I/O接口 外設 1 外設 n 系統(tǒng)總線 CPU和主存之間的數據交換通過專用總線進行，減輕了系統(tǒng)總線的負擔。 CPU 主存 I/O接口 I/O接口 外設 1 外設 n 系統(tǒng)總線 存儲總線 CPU 主存 I/O接口 I/O接口 外設 1 外設 n 通道 系統(tǒng)總線 存儲總線 I/O總線 通道又稱為 I/O處理機，統(tǒng)一管理外部設備，實現(xiàn)主存與外設之間的數據傳輸，分擔了 CPU的部分功能。 總線的數據傳輸方式 ? 串行傳輸 ：每次傳送一位，只需一根數據線。適用于慢速設備，如鍵盤、鼠標等。 ? 并行傳輸 ：每位數據需要一根數據線，多位數據一起傳輸。 ? 注意： 總線和設備接口之間總是以并行方式傳送數據，但設備和接口之間可能以并行方式，也可能以串行方式。 I/O接口 計算機與 I/O設備或其他系統(tǒng)之間的邏輯控制部件。 接 口 控 制 器 I/O 標 準 接 口 設 備 控 制 器 I/O 設 備 外圍設備與主機的連接 設備地址線 控制、狀態(tài)線 數據線 CPU ? 實現(xiàn)主機與外圍設備間的通信和控制； ? 設備的選擇，操作時序的協(xié)調，中斷請求與批準 ? 實現(xiàn)數據緩沖，使主機與外設的工作速度匹配； ? 在設備控制器中設置一個或多個數據緩沖寄存器 ? 接收主機的命令，提供設備和接口的狀態(tài)。 ? 在設備控制器中設置控制 /狀態(tài)寄存器 I/O 設備管理概述 I/O管理的功能 ?監(jiān)視設備的狀態(tài) ?進行設備分配 ?完成 I/O操作 ?緩沖管理 總線型 I/O系統(tǒng)結構 圖形控制器橋/ 內存控制器SCS I磁 盤控制器 擴展總線接口? 其 它 控 制器打印機磁盤PCI 總線監(jiān)視器處理器高速緩存內存 磁盤IDE 磁盤控制器磁盤磁盤擴展總線并行端口 串行端口鍵盤 I/O設備類型 塊設備 ：磁盤、磁帶，塊大小 512B~32KB， 通常為 512B。 塊設備的特點是速度快、可隨機訪問 。 字符設備 ：鍵盤、行式打印機。特點是速度低、不可尋址、 I/O采用中斷驅動 。 設備間的差異 ?數據率 ? 管理程序 ? 控制的復雜度 ? 數據的傳送單位 ? 數據編碼 ? 出錯條件 設備控制器 設備控制器或適配器 是 I/O設備的電子部分，它是 CPU與 I/O設備之間的接口，它接收從 CPU發(fā)來的命令，并控制 I/O設備工作。通常一臺控制器可控制多臺同一類型的設備。 設備控制器的組成 數據寄存器控制/狀態(tài)寄存器I/O邏輯控制器與設備接口1控制器與設備接口2數據線地址線控制線CPU與控制器接口??數據狀態(tài)控制數據狀態(tài)控制控制器與設備接口 ?設備控制器的主要任務 1）接收和識別命令 2）數據交換 3）了解設備的狀態(tài) 4）地址識別 設備通道 ?雖然設備控制器可以對設備進行控制，但當外設很多時， CPU負擔過重，為此在 CPU與控制器之間增加 設備通道 ， 實現(xiàn)對所有外設的統(tǒng)一管理。 ?設備通道是特殊的處理機 ?指令單一 ?沒有內存 通道的連接方式 計算機I/O通道1I/O通道2控制器控制器控制器控制器設備計算機I/O通道1I/O通道2設備設備設備設備控制器1控制器2．．．．．．．．．?單通路 ?多通路 –設備與計算機之間有多條通道，增加靈活性。 –增強可靠性。某通道、控制器壞，也不會影響數據交換。 I/O控制方式 ● 發(fā)展經歷了四個階段 ?程序直接控制方式 ?中斷驅動方式 ?DMA控制方式 ?通道方式 ● 宗旨：盡量減少主機對 I/O控制的干預。 衡量數據傳送控制方式原則 ? 數據傳送速度高 ? 系統(tǒng)開銷小 ? 充分發(fā)揮硬件資源的能力， I/O設備忙， CPU等待時間少 程序直接控制方式 由用戶進程直接控制 CPU與外設之間的信息傳送。 發(fā)指令啟動外設設備的標志位=0等待進行數據傳送CPU是否接到啟動命令準備完畢標志位置0等待CPU的下條指令外設是否做數據傳送準備（a） （b） 程序直接控制方式的缺點： ?CPU與外設只能串行工作。 ?CPU在一段時間內只能與一臺外設交換數據信息 。 ?無法發(fā)現(xiàn)和處理由于設備和其它硬件所產生的錯誤 。 中斷驅動方式 為了減少程序直接控制方式中 CPU的等待時間 ，提高系統(tǒng)并行工作的程度 。 要求 CPU與設備控制器間有相應的中斷請求線 。 發(fā)指令啟動外設將中斷位置1收到中斷信號嗎？中斷處理被中斷進程繼續(xù)執(zhí)行CPU是否接到啟動命令數據寄存器滿嗎？控制器發(fā)中斷信號外設是否將數據送到數據寄存器（a）（b）進程調度程序調度其它進程其它進程執(zhí)行 中斷驅動方式的缺點： ?由于數據寄存器只能存放一個字節(jié) ， 造成中斷次數過多 。 ? 中斷次數的急劇增加會造成 CPU無法及時響應中斷，出現(xiàn)數據丟失現(xiàn)象。 DMA控制方式 中斷方式比程序 I/O方式有效，但它是以字節(jié)