【正文】 備 控制器 和 高速總線；有的大中型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，配置 I/O通道 等；n I/O設(shè)備n 設(shè)備控制器n I/O通道2/8/2023 31） I/O設(shè)備的類(lèi)型 I/O設(shè)備的類(lèi)型繁多，從 OS的觀點(diǎn)，按其重要的性能指標(biāo)進(jìn)行分類(lèi)如下：216。相應(yīng)的設(shè)備控制器，有的大中型機(jī)還有 I/O通道或I/O處理機(jī)。第 5章 設(shè)備管理nI/O系統(tǒng)的組成n I/O控制方式n 緩沖管理n 設(shè)備分配n 設(shè)備處理n磁盤(pán)設(shè)備管理2/8/2023 1關(guān)于設(shè)備管理n 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分是 I/O系統(tǒng)。n 基本任務(wù) ：完成用戶提出的 I/O請(qǐng)求，提高 I/O速率以及改善 I/O設(shè)備的利用率。 按傳輸速率分類(lèi)：216。 字符設(shè)備：無(wú)結(jié)構(gòu)、速率低、不可尋址、中斷方式控制2/8/2023 4216?？蓪ぶ?、可隨機(jī)訪問(wèn)的色后備。2/8/2023 52）設(shè)備控制器n 設(shè)備并不直接與 CPU通信n 計(jì)算機(jī)中的一個(gè)實(shí)體 ——“ 設(shè)備控制器 ”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?？刂菩盘?hào)線 (讀 \寫(xiě) \移動(dòng)磁頭等控制 )168。168。n 每個(gè)接口中都有數(shù)據(jù)、控制和狀態(tài)三種類(lèi)型的信號(hào)。n CPU要啟動(dòng)一個(gè)設(shè)備時(shí)，168。2/8/2023 13③ 處理機(jī)與設(shè)備控制器間n 實(shí)現(xiàn) CPU與設(shè)備控制器之間的通信。地址線168。數(shù)據(jù)傳送的獨(dú)立168。168。通道沒(méi)有內(nèi)存，它與 CPU共享內(nèi)存。 多個(gè)設(shè)備以字節(jié)為單位 交叉輪流 使用主通道傳輸自己的數(shù)據(jù)。 適用于并行、低速設(shè)備2/8/2023 17n數(shù)組選擇通道168。利用率低。數(shù)據(jù)傳送則按數(shù)組方式進(jìn)行。CPU 存儲(chǔ)器 磁盤(pán)控制器 打印機(jī)控制器 其他控制器磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器打印機(jī)系統(tǒng)總線* 微機(jī) I/O系統(tǒng)中的總線結(jié)構(gòu)2/8/2023 21總線的發(fā)展過(guò)程n ISA和 EISA總線1. ISA（ Industry Standard Architecture）總線2. EISA（ Extended ISA）總線n 局部總線（ Local Bus）1. VESA（ Video Electronic Standard）總線2. PCI（ Peripheral Component Interface）總線2/8/2023 22 I/O控制方式n 程序 I/O方式n 中斷驅(qū)動(dòng) I/O方式n 直接存儲(chǔ)器訪問(wèn) DMA（字節(jié) — 塊）n I/O通道控制方式（組織傳送的獨(dú)立）n 宗旨：減少主機(jī)對(duì) I/O控制的干預(yù)，將CPU從繁雜的 I/O控制事物中解脫出來(lái)。 然后不斷測(cè)試標(biāo)志。n 在程序 I/O方式中，由于 CPU高速而 I/O設(shè)備低速致使CPU極大浪費(fèi)。這時(shí) CPU與 I/O設(shè)備并行操作。n CPU還是存在頻繁的中斷處理操作。3) CPU干預(yù)進(jìn)一步減少： 僅在傳送一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)塊的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)，才需 CPU干預(yù)，整塊數(shù)據(jù)的傳送是在控制器的控制下完成的。2/8/2023 31DMA控制器的示意圖countI/O控制邏輯DRMARDCCRCPU 內(nèi)存主機(jī) — 控制器接口控制器與塊設(shè)備接口系統(tǒng)總線 DMA控制器命令2/8/2023 32DMA控制器中的寄存器n 為實(shí)現(xiàn)主機(jī)與控制器之間塊數(shù)據(jù)的直接交換，必須設(shè)置如下四類(lèi)寄存器：1. 數(shù)據(jù)寄存器 DR： 暫存設(shè)備到內(nèi)存或從內(nèi)存到設(shè)備的數(shù)據(jù)。2/8/2023 33③ DMA工作過(guò)程n CPU先向磁盤(pán)控制器發(fā)送一條讀命令。 DMA控制器讀入一個(gè)數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)寄存器 DR中，然后傳到內(nèi)存中；168。進(jìn)一步減少 CPU的干預(yù)n 此時(shí)， CPU只需發(fā)一條 I/O指令，通道程序的首地址及要訪問(wèn)設(shè)備即可。通道指令一般包含下列信息：1. 操作碼。表示本指令所要操作的字節(jié)數(shù)。表示該指令是否與下條指令有關(guān)。u 解決： CPU進(jìn)行當(dāng)前計(jì)算時(shí)，進(jìn)行后續(xù)數(shù)據(jù)的輸入（先不需 CPU干預(yù)的存在一個(gè)地方 —— 緩沖區(qū)）。168。n 使用緩沖區(qū)的方式：1）單緩沖、多緩沖2）循環(huán)緩沖3）緩沖池（ Buffer Pool）2/8/2023 401）單緩沖與多緩沖n 單緩沖（ Single Buffer）168。168。CPU和外設(shè) 輪流使用 ，一方處理完后等待對(duì)方處理。n 讀出： OS從第一緩沖區(qū)中移出數(shù)據(jù)，并送入用戶進(jìn)程。2/8/2023 43雙機(jī)通訊時(shí)緩沖區(qū)的設(shè)置緩沖區(qū)A機(jī)緩沖區(qū)B機(jī)單緩沖發(fā)送 緩沖區(qū) 接收 緩沖區(qū) A機(jī) 接收 緩沖區(qū) 發(fā)送 緩沖區(qū)B機(jī)雙緩沖u 僅配置單緩沖，任意時(shí)刻都只能實(shí)現(xiàn)單方向的數(shù)據(jù)傳輸，而絕不允許雙方同時(shí)向?qū)Ψ桨l(fā)送數(shù)據(jù)。組織形式：循環(huán)緩沖、緩沖池。 循環(huán)緩沖有多個(gè)大小相同的緩沖區(qū)。 計(jì)算進(jìn)程正在使用的現(xiàn)行工作緩沖區(qū) Cn 多個(gè)指針。 指示 計(jì)算進(jìn)程 下一個(gè)可取的緩沖區(qū) G的指針 Nextg168。當(dāng)輸入進(jìn)程把緩沖區(qū)裝滿時(shí)，也調(diào)用該進(jìn)程將緩沖區(qū)釋放。意味著輸入速度低于計(jì)算速度，緩沖區(qū)空，此情況稱(chēng)為系統(tǒng)受I/O限制。2/8/2023 50n 系統(tǒng)設(shè)置多個(gè)緩沖區(qū)，形成一個(gè)緩沖池。輸入隊(duì)列168。獲取緩沖區(qū)時(shí) P（ RS），釋放時(shí)V（ RS）。 設(shè)備分配2/8/2023 551）設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)n 記錄相應(yīng)設(shè)備或控制器的 狀態(tài)， 及對(duì)設(shè)備或控制器進(jìn)行 控制 所需的 信息 。通道控制表168。③ 通道控制表 CHCT通道標(biāo)識(shí)符： channelid通道狀態(tài)：忙 /閑與通道連接的控制器表首址通道隊(duì)列的隊(duì)首指針通道隊(duì)列的隊(duì)尾指針2/8/2023 58④ 系統(tǒng)設(shè)備表（ SDT）表目 1表目 i設(shè)備類(lèi)型 設(shè)備標(biāo)識(shí)符DCT驅(qū)動(dòng)程序入口n 系統(tǒng)根據(jù)進(jìn)程對(duì)設(shè)備的請(qǐng)求進(jìn)行設(shè)備分配的過(guò)程：SDT ? DCT ? COCT ? CHCT 細(xì)節(jié)考慮2/8/2023 59n 設(shè)備固有屬性：獨(dú)占、共享、獨(dú)占但可虛擬。優(yōu)先級(jí)高者優(yōu)先n 設(shè)備分配的安全性：進(jìn)程開(kāi)始 I/O后就阻塞直到 I/O完成。2/8/2023 61引入兩個(gè)概念：n 邏輯設(shè)備：用戶應(yīng)用程序中請(qǐng)求的設(shè)備n 物理設(shè)備：系統(tǒng)實(shí)際執(zhí)行時(shí)使用的設(shè)備設(shè)備分配時(shí)需實(shí)現(xiàn)：邏輯設(shè)備地址映射到物理設(shè)備地址設(shè) 備設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備獨(dú)立性軟件用戶層程序：? read,write基本硬件控制：備2/8/2023 62邏輯設(shè)備名物理設(shè)備名驅(qū)動(dòng)程序入口地址/ dev / tty 2 1024/ dev / printer 5 2046…邏輯設(shè)備名到物理設(shè)備名的映射① 邏輯設(shè)備表 LUT（ Logical Unit Table）② LUT的設(shè)置問(wèn)題168。 根據(jù)請(qǐng)求設(shè)備名，查找 SDT，找到 DCT；167。 檢查 COCT狀態(tài)字，若忙碌，進(jìn)程 PCB掛到其等待隊(duì)列3. 分配通道167。 進(jìn)程使用邏輯設(shè)備名提出 I/O請(qǐng)求。 控制器、通道也是反復(fù)查找，直到找到一條通路。（ Simultaneaus Periphernal Operating On—Line ，或稱(chēng)為假脫機(jī)操作）168。2. 輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)： 為緩解速度矛盾，內(nèi)存為緩解速度矛盾，內(nèi)存中開(kāi)辟兩大緩沖空間，中開(kāi)辟兩大緩沖空間， 輸入緩沖區(qū)暫存輸入設(shè)備送來(lái)的數(shù)據(jù)，再送給輸入井；輸出緩沖區(qū)暫存輸出井送來(lái)的數(shù)據(jù)，再送輸出設(shè)備。 用另一進(jìn)程模擬脫機(jī)輸出時(shí)外圍設(shè)備控制器的功能，把數(shù)據(jù)從磁盤(pán)上傳送到低速輸出設(shè)備上。共享的問(wèn)題）。 利用輸入輸出井模擬成脫機(jī)輸入輸出，緩和了 CPU和 I/O設(shè)備速度不匹配的矛盾