【正文】 型 I/O通道 (I/O由三部分組成： 控制器與設(shè)備的接口 1)設(shè)備控制器的基本功能 早期 CPU是直接控制外部設(shè)備的，在引入 I/O部件之后， I/O指令功能加強(qiáng)，才將 CPU逐漸從與外設(shè)的交互細(xì)節(jié)中解放出來(lái)。傳遞三類信號(hào)：對(duì)應(yīng)三條信號(hào)線 緩沖 轉(zhuǎn)換器控制邏輯信號(hào)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信號(hào)線狀態(tài)信號(hào)線控制信號(hào)線至設(shè)備控制器I/O設(shè)備Network Optimization Expert Team2.167。 它屬于有結(jié)構(gòu)設(shè)備。Device)： 用于存儲(chǔ)信息。按信息交換的單位分類（分兩類）167。如：行式打印機(jī)、激光打印機(jī)等?？偩€型 I/O系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)Network Optimization Expert Team通道型 I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu)處 理機(jī) 內(nèi) 存I/O設(shè)備系 統(tǒng)總線I/O通道 I/O通道 I/O通道I/O設(shè)備 I/O設(shè)備 I/O設(shè)備 I/O設(shè)備 I/O設(shè)備不同類型 I/O子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 Network Optimization Expert Team不同類型 I/O子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 具有控制器的 I/O系 統(tǒng)Network Optimization Expert Team I/O設(shè)備 I/O設(shè)備的類型 又稱為 I/O緩沖區(qū)。u 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序一般由設(shè)備開(kāi)發(fā)廠商根據(jù)操作系統(tǒng)的要求組織編寫，操作系統(tǒng)僅對(duì)與設(shè)備驅(qū)動(dòng)的接口提出要求，一般不負(fù)責(zé)具體設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的編寫。u 設(shè)備管理的這種功能稱為邏輯設(shè)備到物理設(shè)備的映射功能，簡(jiǎn)稱設(shè)備映射功能 從操作系統(tǒng)設(shè)備管理程序的角度看，物理設(shè)備則是某種邏輯設(shè)備的實(shí)例。邏輯設(shè)備是指應(yīng)用軟件所引用的用于實(shí)現(xiàn) I/O操作的設(shè)備。u 設(shè)備分配程序按照一定的策略，為申請(qǐng)?jiān)O(shè)備的用戶進(jìn)程 分配設(shè)備 ，記錄設(shè)備的使用情況。 設(shè)備映射216。Network Optimization Expert Team第五章 設(shè)備管理 I/O系統(tǒng) I/O控制方式 緩沖管理 設(shè)備分配 設(shè)備處理 磁盤存儲(chǔ)器管理 Network Optimization Expert Team教學(xué)目的：? 了解設(shè)備管理的主要功能、模型? 了解 I/O子系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)? 了解設(shè)備的控制、 I/O控制? 了解設(shè)備的類型? 了解設(shè)備分配? 掌握 I/O緩沖技術(shù)? 掌握 虛擬設(shè)備與 SPOOLing系統(tǒng)? 掌握 磁盤設(shè)備的管理 設(shè)備驅(qū)動(dòng)216。Network Optimization Expert Team設(shè)備映射 216。Network Optimization Expert Team設(shè)備映射 Network Optimization Expert Team設(shè)備驅(qū)動(dòng)u 又稱設(shè)備處理，指對(duì)物理設(shè)備進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)真正的 I/O操作。u 有時(shí)候，某些硬件無(wú)法在某種操作系統(tǒng)中使用，原因很可能就是沒(méi)有專門的或通用的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，或者設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)有問(wèn)題，使得設(shè)備無(wú)法正常工作。u I/O緩沖區(qū)管理的任務(wù)是：組織 I/O緩沖區(qū)，并為使用者提供獲得和釋放 I/O緩沖區(qū)的手段。1) 按傳輸速率分類（分三類）n 低速設(shè)備： 指?jìng)鬏斔俾蕛H為每秒鐘幾個(gè)字節(jié)至數(shù)百個(gè)字節(jié)的一類設(shè)備。n 高速設(shè)備： 指其傳輸速率在數(shù)百 K個(gè)字節(jié)至數(shù)十兆字節(jié)的一類設(shè)備。 典型的塊設(shè)備是磁盤。基本特征：傳輸速率較高；可隨機(jī)訪問(wèn)任一塊； DMA方式驅(qū)動(dòng)。I/O傳輸?shù)膯挝皇亲止?jié)。Network Optimization Expert Team3) 按設(shè)備的共享屬性分類（分三類）167。 共享設(shè)備： 多個(gè)進(jìn)程對(duì)它的訪問(wèn)可以交叉進(jìn)行，除磁帶機(jī)外的塊設(shè)備屬共享設(shè)備。設(shè)備與控制器之間的接口 緩沖 轉(zhuǎn)換器控制邏輯信號(hào)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信號(hào)線狀態(tài)信號(hào)線控制信號(hào)線至設(shè)備控制器設(shè)備緩沖 轉(zhuǎn)換器控制邏輯信號(hào)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信號(hào)線狀態(tài)信號(hào)線控制信號(hào)線至設(shè)備控制器設(shè)備緩沖 轉(zhuǎn)換器控制邏輯信號(hào)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信號(hào)線狀態(tài)信號(hào)線控制信號(hào)線至設(shè)備控制器設(shè)備Network Optimization Expert Team不同類型 I/O子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 具有控制器的 I/O系 統(tǒng)Network Optimization Expert Team 設(shè)備控制器 設(shè)備控制器 是 CPU和設(shè)備之間的一個(gè)接口 ,它接收從 CPU發(fā)來(lái)的命令 ,控制 I/O設(shè)備操作 ,實(shí)現(xiàn)主存和設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。 操作系統(tǒng)一般只與控制器打交道，而非設(shè)備本身。1) 接收和識(shí)別命令來(lái)自 CPU的命令2) 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換3) 收集設(shè)備狀態(tài)并向 CPU報(bào)告4) 地址識(shí)別5) 數(shù)據(jù)緩沖 3)Network Optimization Expert TeamChannel)設(shè)備的引入 定義： 通道是獨(dú)立于 CPU的專門負(fù)責(zé)數(shù)據(jù) I/O傳輸工作的特殊的處理機(jī)，對(duì)外部設(shè)備實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，代替 CPU對(duì) I/O操作進(jìn)行控制，從而使 I、 O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(lái)，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。通過(guò)執(zhí)行通道程序來(lái)控制 I/O操作。指令類型單一，只能執(zhí)行與 I/O操作有關(guān)的命令。1)167。167。字節(jié)多路通道的工作原理 Channel) 選擇通道是以成組方式工作的，即每次傳送一批數(shù)據(jù)，故 傳送速度很高 。 Network Optimization Expert Team3) 數(shù)組多路通道 (Block Multiplexor Channel)167。167。Network Optimization Expert Team3.設(shè)備 1設(shè)備 2設(shè)備 3設(shè)備 4設(shè)備 5設(shè)備 6設(shè)備 7控制器 1控制器 2控制器 3控制器 4通道 1通道 2存儲(chǔ)器通道數(shù)量少，造成整個(gè)系統(tǒng)吞吐量下降。即把一個(gè)設(shè)備連接到多個(gè)控制器上，一個(gè)控制器連接到多個(gè)通道上。ISA和 EISA總線1)總線的帶寬為 8位，最高傳輸速率為 2Mb/s。ISA)總線80年代末期，開(kāi)發(fā)出擴(kuò)展 ISA(EISA)總線，帶寬為 32位，總線的傳輸速率高達(dá) 32Mb/s，同樣可以連接 12臺(tái)外部設(shè)備。Bus)Association)總線 只能連接 24臺(tái)設(shè)備，且控制器中無(wú)緩沖。Interface)總線Network Optimization Expert Team I/O控制方式 167。 I/O通道控制方式Network Optimization Expert Team 程序 I/O方式 167。 一旦 CPU啟動(dòng) I/O設(shè)備，便不斷查詢 I/O設(shè)備的準(zhǔn)備情況，終止原程序的執(zhí)行，浪費(fèi) CPU時(shí)間。 CPU和 I/O設(shè)備串行工作，使主機(jī)不能充分發(fā)揮效率，外圍設(shè)備也不能得到合理使用，整個(gè)系統(tǒng)效率很低。DMA方式程序 I/O和中斷驅(qū)動(dòng)方式的流程N(yùn)etwork Optimization Expert Team 中斷驅(qū)動(dòng) I/O控制方式 167。167。Network Optimization Expert Team 直接存儲(chǔ)器訪問(wèn) DMA I/O控制方式 如果 I/O設(shè)備能直接與主存交換數(shù)據(jù)而不占用CPU， CPU的利用率還可提高，這就出現(xiàn)了 直接存儲(chǔ)器存取 DMA方式。 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。DRMARDCCRI/O控制邏輯…主機(jī) — 控制器接口 控制器與塊設(shè)備接口count內(nèi)存CPU命令 系統(tǒng)總線 DMA 控制器Network Optimization Expert Team在 DMA控制器中設(shè)置四類寄存器：(1)內(nèi)存地址寄存器 MAR： 在輸入時(shí)，它存放把數(shù)據(jù)從設(shè)備傳送到內(nèi)存的起始目標(biāo)地址；在輸出時(shí)，它存放由內(nèi)存到設(shè)備的內(nèi)存源地址。Network Optimization Expert Team3.設(shè)置 MAR和 DC初值啟動(dòng) DMA傳送命令挪用存儲(chǔ)器周期傳送數(shù)據(jù)字存儲(chǔ)器地址增 1字計(jì)數(shù)寄存器減 1DC＝ 0?請(qǐng)求中斷在繼續(xù)執(zhí)行用戶程序的同時(shí) ,準(zhǔn)備又一次傳送否是例： CPU從磁盤 讀取數(shù)據(jù) CPU轉(zhuǎn)去執(zhí)行其他任務(wù)Network Optimization Expert Team I/O通道控制方式 1. 167。(1) 操作碼 —— 讀、寫、控制等操作 (2) 內(nèi)存地址 —— 操作的內(nèi)存首址 (3) 計(jì)數(shù) —— 操作的字節(jié)數(shù)(4) 通道程序結(jié)束位 P—— P=1,通道結(jié)束(5) 記錄結(jié)束標(biāo)志 R—— R=1,記錄結(jié)束 通道是通過(guò)執(zhí)行通道程序，并于設(shè)備控制器共同實(shí)現(xiàn)對(duì) I/O設(shè)備的控制。 0 0 80 813WRITE 0 0 140 1034WRITE 0 1 60 5830WRITE 0 1 300 2023WRITE 0 0 250 1850WRITE 1 1 250 720例： 下面給出一個(gè)由六條通道指令所構(gòu)成的簡(jiǎn)單的通道程序。 (2) 減少對(duì) CPU的中斷頻率，放寬對(duì) CPU中斷響應(yīng)時(shí)間的限制。Buffer)對(duì)于塊設(shè)備： OS為進(jìn)程分配一緩沖區(qū)，塊設(shè)備輸入時(shí)從磁盤把一塊數(shù)據(jù)輸入緩沖區(qū)的時(shí)間為 T， OS將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)傳送給用戶區(qū)的時(shí)間為 M，計(jì)算時(shí)間為 C，則 T和 C時(shí)可以并行的。如果前面的數(shù)據(jù)尚未提取完畢，則進(jìn)程應(yīng)阻塞。 如果用戶進(jìn)程在對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理時(shí)不釋放 I/O緩沖區(qū)，那么用戶進(jìn)程的性能不會(huì)得到改善。雙緩沖 (Double167。另外，若用戶進(jìn)程 I/O的數(shù)據(jù)超過(guò)一個(gè)緩沖區(qū)而不滿兩個(gè)緩沖區(qū)，雙緩沖使進(jìn)程不會(huì)在 I/O數(shù)據(jù)期間被阻塞。緩沖區(qū) 緩沖區(qū)A機(jī) B機(jī)(a) 當(dāng)用戶進(jìn)程處理數(shù)據(jù)的速度較快、外部設(shè)備處 理數(shù)據(jù)的速度較慢，或者用戶進(jìn)程輸入 /輸出的數(shù)據(jù)較多時(shí)，必須考慮增加緩沖區(qū)的數(shù)量以改善系統(tǒng)性能，這就是 多緩沖區(qū) 方式。 實(shí)質(zhì)上，雙緩沖可以看作是循環(huán)緩沖的一個(gè)特 例。多個(gè)緩沖區(qū)：每個(gè)緩沖區(qū)大小均相同。 已經(jīng)裝滿數(shù)據(jù)的緩沖區(qū) G。多個(gè)指針：三個(gè)指針，分別是：216。216。循環(huán)緩沖區(qū)的使用 輸入進(jìn)程要使用緩沖區(qū)