操作系統(tǒng)第5章設(shè)備管理(1)(文件)
【正文】 道 傳輸速率高和 字節(jié)多路通道 分時(shí)并行操作的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合而形成的一種新通道 ? 它含有多個(gè)非分配型子通道， 因而這種通道既具有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率，又能獲得令人滿意的通道利用率 2/1/2023 32 Operating System I/O通道 ?瓶頸問題 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存儲器2/1/2023 33 Operating System I/O通道 設(shè)備1控制器 1控制器 2通道 1通道 2存儲器設(shè)備2設(shè)備3設(shè)備42/1/2023 34 Operating System I/O系統(tǒng) ?I/O設(shè)備 ?設(shè)備控制器 ?I/O通道 ?總線系統(tǒng) 2/1/2023 35 Operating System I/O系統(tǒng)的組成 微型機(jī) I/O系統(tǒng) 由于微型機(jī)本身比較簡單，其 I/O系統(tǒng)多采用總線 I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。其中，I/O系統(tǒng)共分為 4級：最低級為 I/O設(shè)備，次低級為設(shè)備控制器，次高級為 I/O通道，最高級是計(jì)算機(jī)。 其總線的帶寬為 8位 ， 最高傳輸速率為 2Mb/s。 程序 I/O方式 中斷驅(qū)動(dòng) I/O控制方式 直接存儲器訪問 DMA I/O控制方式 I/O通道控制方式 2/1/2023 44 Operating System I/O控制方式 ?程序 I/O方式 ?中斷驅(qū)動(dòng) I/O方式 ?直接存儲器訪問 DMA I/O控制方式 ?I/O通道控制方式 2/1/2023 45 Operating System 程序 I/O方式 ?處理機(jī)對 I/O設(shè)備的控制采用 程序 I/O（ Programmed I/O） 方式，或稱為忙 等方式 ?CPU通過 I/O測試指令測試設(shè)備接口中的狀態(tài)位，當(dāng)為“忙”時(shí)則一直測試，當(dāng)為“閑”時(shí)，可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，每次傳送一個(gè)字符 ?CPU的絕大部分時(shí)間都處于等待 I/O設(shè)備完成數(shù)據(jù) I/O的循環(huán)測試中 ?外設(shè)不能合理使用，也無法支持多道程序 2/1/2023 46 Operating System 程序 I/O方式 向 I/O 控制器 發(fā)讀命令 讀 I/O 控制器 的狀態(tài) 檢查 狀態(tài)？ 從 I/O 控制器 中讀入字 向存儲器 中寫字 傳送 完成？ 未 就 緒 就緒 出錯(cuò) CPU→I/O I/O→CPU I/O→CPU CPU→ 內(nèi)存 下條指令 完成 未完 ( a ) 程序 I/O 方式 缺點(diǎn)：獨(dú)占 CPU，始終繁忙 工作過程 處理機(jī)對 I/O設(shè)備的控制，采取程序 I/O（ Programmed I/O）方式或稱為忙 — 等待方式。 2/1/2023 47 Operating System I/O控制方式 程序 I/O方式 在程序 I/O方式中 ， 由于 CPU的高速性和 I/O設(shè)備的低速性 ， 致使 CPU的絕大部分時(shí)間都處于等待 I/O設(shè)備完成數(shù)據(jù)I/O的循環(huán)測試中 ， 造成對 CPU的極大浪費(fèi) 。 2/1/2023 51 Operating System 中斷驅(qū)動(dòng) I/O控制方式 在 I/O設(shè)備輸入每個(gè)數(shù)據(jù)的過程中 ， 由于無須 CPU干預(yù) ，因而可使 CPU與 I/O設(shè)備并行工作 。 若采用程序 I/O方式 ，CPU約有 — 等待中 。 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2/1/2023 58 Operating System 3. DMA工作過程 （ 1） CPU從磁盤讀入一個(gè)數(shù)據(jù)塊時(shí)，向磁盤控制器發(fā)送一條讀命令。 2/1/2023 59 Operating System 3. DMA工作過程 DMA控制過程為： （ 1）當(dāng) DMA控制器已從磁盤中讀入一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)并送入數(shù)據(jù)寄存器 DR中，再挪用一個(gè)存儲器周期，將該字節(jié)傳送到 MAR所指示的內(nèi)存單元中。 就是把一個(gè)設(shè)備連接到多個(gè)控制器上；而一個(gè)控制器又連接到多個(gè)通道上 。 2/1/2023 60 Operating System DMA方式 DMA方式的工作流程 設(shè)置 M AR 和 DC 初值 啟動(dòng) DMA 傳送命令 挪用存儲器周期傳 送數(shù)據(jù)字 存儲器地址增 1 字計(jì)數(shù)寄存器減 1 DC＝ 0? 請求中斷 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 2/1/2023 61 Operating System DMA 2/1/2023 62 Operating System DMA 2/1/2023 63 Operating System DMA 2/1/2023 64 Operating System DMA方式 ?DMA與中斷方式的主要區(qū)別 ?中斷方式在每個(gè)數(shù)據(jù)傳送完后中斷 CPU，DMA方式則是在所要求傳送的一批數(shù)據(jù)全部傳送完時(shí)中斷 CPU ?中斷方式的數(shù)據(jù)傳送時(shí)在中斷處理時(shí)由 CPU控制完成的，而 DMA則是在 DMA控制下完成的 ?DMA方式的 局限性 ：傳送方向、始址、長度等由 CPU控制，一個(gè)設(shè)備一個(gè) DMA，成本高 2/1/2023 65 Operating System I/O控制方式 ?程序 I/O方式 ?中斷驅(qū)動(dòng) I/O方式 ?直接存儲器訪問 DMA I/O控制方式 ?I/O通道控制方式 2/1/2023 66 Operating System I/O通道控制方式 ?I/O通道控制方式的引入 ?與 DMA類似，是以內(nèi)存為中心的數(shù)據(jù)交換方式 ?進(jìn)一步減少了 CPU的干預(yù)，把對 一個(gè) 數(shù)據(jù)塊的讀 (或?qū)?)為單位的干預(yù)，減少為對 一組 數(shù)據(jù)塊的讀 (或?qū)?)及有關(guān)的控制和管理為單位的干預(yù) ?一個(gè)通道控制多臺設(shè)備 ?CPU僅在 I/O操作的開始和結(jié)束時(shí)花費(fèi)少量時(shí)間處理與 I/O有關(guān)的工作 ?可實(shí)現(xiàn) CPU、 通道 和 I/O設(shè)備 三者的 并行操作 ，從而更有效地提高整個(gè)系統(tǒng)的資源利用率 2/1/2023 67 Operating System I/O通道控制方式 ?通道程序 ?操作碼
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