【正文】 邏輯設(shè)備名映射為物理設(shè)備名。該表在 DMA方式的系統(tǒng)中是不存在的。 操作系統(tǒng)教程課件 第 63頁 機械工業(yè)出版社 獨占設(shè)備的分配 為了實現(xiàn)設(shè)備分配，系統(tǒng)設(shè)置了設(shè)備控制表、控制器控制表、通道控制表和系統(tǒng)設(shè)備表等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，記錄相應設(shè)備或控制器的狀態(tài)以及對設(shè)備或控制器進行控制所需要的信息。 獨占型設(shè)備的分配采用靜態(tài)分配策略 。 操作系統(tǒng)教程課件 第 62頁 機械工業(yè)出版社 獨占設(shè)備的分配 設(shè)備分配方式有兩種 ， 即靜態(tài)分配和動態(tài)分配 。 為了實現(xiàn)設(shè)備的獨立性 ， 往往需要在設(shè)備驅(qū)動程序之上設(shè)置一層軟件 ， 稱為設(shè)備獨立性軟件 ， 其主要功能包括： （ 1） 執(zhí)行所有設(shè)備的公有操作 這些公有操作包括：對獨立設(shè)備的分配與回收；將邏輯設(shè)備名映射為物理設(shè)備名；對設(shè)備進行保護 ， 禁止用戶直接訪問設(shè)備；緩沖管理；差錯控制 。 于是 ， 用戶在編制程序時使用的設(shè)備與實際使用哪臺設(shè)備無關(guān) ， 這種特性稱為 “ 設(shè)備的獨立性 ” 。 邏輯設(shè)備名是用戶命名的，可以更改，而物理設(shè)備名（地址）是系統(tǒng)規(guī)定的，是不可更改的。至于實際使用哪一臺設(shè)備，由系統(tǒng)根據(jù)該類設(shè)備的分配情況來決定。 操作系統(tǒng)教程課件 第 56頁 機械工業(yè)出版社 獨占設(shè)備的分配 在多道程序設(shè)計系統(tǒng)中，不允許用戶直接啟動外圍設(shè)備，而必須由系統(tǒng)進行統(tǒng)一分配。用于收容設(shè)備輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū) hin； 操作系統(tǒng)教程課件 第 54頁 機械工業(yè)出版社 緩沖池 為了便于管理 ， 可將相同類型的緩沖區(qū)鏈成一個隊列 ，于是可形成以下三個隊列： (1)由空緩沖區(qū)所鏈成的空緩沖隊列 emq。 UNIX的塊設(shè)備共設(shè)置了15個 512字節(jié)的緩沖區(qū)；字符設(shè)備共設(shè)置了 100個 6字節(jié)的緩沖區(qū)。多緩沖中的緩沖區(qū)是系統(tǒng)的公共資源，可供各個進程共享，并由系統(tǒng)統(tǒng)一分配和管理。這樣，兩個緩沖區(qū)交替使用，使 CPU和 I/O設(shè)備的并行性進一步提高，但在輸入 /輸出設(shè)備和處理進程速度不匹配時仍不能適應。 操作系統(tǒng)教程課件 第 48頁 機械工業(yè)出版社 單緩沖 操作系統(tǒng)教程課件 第 49頁 圖 513 單緩沖工作示意圖 機械工業(yè)出版社 雙緩沖 雙緩沖機制又稱為緩沖對換。 對于不同的系統(tǒng) ， 可以采用不同類型的緩沖區(qū)機制 。 若設(shè)置一個具有 8位的緩沖器 ， 則可使 CPU被中斷的頻率降低為原來的 1/8， 如圖 512所示 。 在不同階段 ， 系統(tǒng)各部分的負載往往很不平衡 。 操作系統(tǒng)教程課件 第 43頁 機械工業(yè)出版社 緩沖技術(shù) 計算機系統(tǒng)中各個部件速度的差異是顯而易見的。執(zhí)行完畢后，如果還有下一條通道指令，則返回①，否則轉(zhuǎn)③。最后一條命令要求打印從 L單元開始的 16個字符，打印結(jié)束后本操作結(jié)束。該程序的功能是要求在新的一頁第 4行的位置打印輸出一行信息： “Operating System”。例如，當 CPU要完成一組相關(guān)的讀 (或?qū)?)操作及有關(guān)控制時，只需向 I/O通道發(fā)送一條 I/O指令，指出其所要執(zhí)行的通道程序的首址和要訪問的 I/O設(shè)備，通道接收該指令后，通過執(zhí)行通道程序便可完成 CPU指定的 I/O任務。 (4) 數(shù)據(jù)計數(shù)器 DC，存放本次 CPU要讀或?qū)懙淖?(節(jié) )數(shù)。 操作系統(tǒng)教程課件 第 35頁 機械工業(yè)出版社 I/O控制方式 操作系統(tǒng)教程課件 第 36頁 圖 511 DMA控制方式 機械工業(yè)出版社 I/O控制方式 DMA的操作全部由硬件實現(xiàn)，不影響 CPU寄存器的狀態(tài)。它不僅設(shè)有中斷機構(gòu)，而且增加了 DMA控制機構(gòu)。 操作系統(tǒng)教程課件 第 32頁 機械工業(yè)出版社 I/O控制方式 操作系統(tǒng)教程課件 第 33頁 圖 510 中斷驅(qū)動方式流程 機械工業(yè)出版社 I/O控制方式 上述兩種方法的特點都是以 CPU為中心，數(shù)據(jù)傳輸通過一段程序來實現(xiàn)，軟件的傳輸手段限制了數(shù)據(jù)傳送的速度。 若采用程序I/O控制方式 ， CPU約有 ms的時間處于等待中 。 在I/O設(shè)備輸入每個數(shù)據(jù)的過程中 ， 由于無須 CPU干預 ， 一定程度上實現(xiàn)了 CPU與 I/O設(shè)備的并行工作 。 直接程序控制方式雖然簡單 ， 不需要多少硬件的支持 ，但由于高速的 CPU和低速的 I/O設(shè)備之間的速度不匹配 ， 因此， CPU與外圍設(shè)備只能串行工作 ， 使 CPU的絕大部分時間都處于等待是否完成輸入 /輸出操作的循環(huán)測試中 ， 造成 CPU的極大浪費 ， 外圍設(shè)備也不能得到合理的使用 ， 整個系統(tǒng)的效率很低 。它們之間的主要差別在于CPU與外圍設(shè)備并行工作的方式不同，并行工作的程度不同。 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展， I/O控制方式也在不斷地發(fā)展。 操作系統(tǒng)教程課件 第 26頁 機械工業(yè)出版社 輸入 /輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 4. 總線系統(tǒng) 計算機系統(tǒng)中的各個部件，如中央處理器、存儲器以及各種 I/O設(shè)備通過總線實現(xiàn)各種信息的傳遞，如 圖 58所示。解決 “瓶頸 ”問題的最有效辦法，便是增加設(shè)備到主機之間的通路而不增加通道，如 圖 56所示，即把一個設(shè)備連接到多個控制器上，而一個控制器又連接到多個通道上，實現(xiàn)多路交叉連接，即使個別通道或控制器出現(xiàn)故障時，也不會使設(shè)備和存儲器之間沒有通路。它含有多個非分配型子通道，以分時方式同時執(zhí)行幾道通道程序，因而數(shù)組多路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。 操作系統(tǒng)教程課件 第 19頁 機械工業(yè)出版社 輸入 /輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 操作系統(tǒng)教程課件 第 20頁 圖 54 字節(jié)多路通道的工作原理 機械工業(yè)出版社 輸入 /輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu) （ 2） 數(shù)組選擇通道 （ Block Selector Channel） 數(shù)組選擇通道以塊為單位成批傳送數(shù)據(jù) 。 操作系統(tǒng)教程課件 第 18頁 機械工業(yè)出版社 輸入 /輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 根據(jù)信息交換方式的不同 ， 通道可分為三種類型：字節(jié)多路通道 、 數(shù)組選擇通道和數(shù)組多路通道 。 它具有執(zhí)行 I/O指令的能力 ， 并通過執(zhí)行通道程序來控制 I/O操作 ， 完成主存儲器和外圍設(shè)備之間的信息傳送 。通過一組控制線與 CPU交互， CPU利用該邏輯向控制器發(fā)出I/O命令； I/O邏輯對收到的命令進行譯碼。數(shù)據(jù)線通常與數(shù)據(jù)寄 ②設(shè)備控制器與設(shè)備的接口。設(shè)備控制器還負責對由 I/O設(shè)備傳送來的數(shù)據(jù)進行差錯檢測。為使 CPU能向 (或從 )寄存器中正確寫入 (或讀出 )數(shù)據(jù)，必須做到正確識別。為此，在設(shè)備控制器中應設(shè)置一個狀態(tài)寄存器，其中的每一位表示設(shè)備的某一種狀態(tài)， CPU通過讀入狀態(tài)寄存器的值，可掌握該設(shè)備的當前狀態(tài)，做出正確判斷，發(fā)出操作指令。為此，在控制寄存器中必須設(shè)置數(shù)據(jù)寄存器。為此，在設(shè)備控制器中應具有相應的控制寄存器，用來存放接受的命令和參數(shù)，并對所接受的 ②數(shù)據(jù)交換。 設(shè)備控制器是一個可編址設(shè)備 ， 它含有多少個設(shè)備地址 ， 就可以連接多少個同類型設(shè)備 ， 并且為它所控制的每一個設(shè)備分配了一個地址 。 設(shè)備的當前狀態(tài)有正在讀 、 正在寫 、 設(shè)備已完成等 。在設(shè)備與設(shè)備控制器之間有一個接口，通過數(shù)據(jù)線、控制線和狀態(tài)線傳輸數(shù)據(jù)、控制和狀態(tài)三種類型信號，如 圖 52所示。獨占型設(shè)備通常采用靜態(tài)分配方式，即在一個作業(yè)執(zhí)行前，將作業(yè)需要使用的這類設(shè)備分配給作業(yè)，在作業(yè)執(zhí)行期間獨占該設(shè)備，直到作業(yè)結(jié)束才釋放。字符設(shè)備種類繁多，如交互式終端、打印機等。用戶從不同角度可以對 I/O (1) 按傳輸速率的高低，可以把 I/O設(shè)備分為三類：第一類是低速設(shè)備，其傳輸速率僅為每秒鐘幾個字節(jié)到數(shù)百個字節(jié)，如鍵盤、鼠標等設(shè)備；第二類是中速設(shè)備，其傳輸速率在每秒鐘數(shù)千個字節(jié)到數(shù)萬個字節(jié)，如行式打印機、激光打印機等；第三類是高速設(shè)備，其傳輸速率在每秒鐘數(shù)十萬個字 ? 操作系統(tǒng)教程課件 第 7頁 機械工業(yè)出版社 輸入 /輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu) (2) 按設(shè)備與主存之間信息交換的物理單位可以將 I/O設(shè)備分為兩類。主存與外圍設(shè)備之間的信息傳輸操作，稱為 I/O操作。因此，設(shè)備管理的主要功能如下： ①實現(xiàn)對外圍設(shè)備的分配與去配。用戶可以從不同的角度對外圍設(shè)備進行分類。機械工業(yè)出版社 操作系統(tǒng)教程課件 第 1頁 第五章 設(shè)備管理 ? 設(shè)備管理概述 ? I/O系統(tǒng) ? 緩沖技術(shù) ? 獨占設(shè)備的分配 ? 磁盤管理 ? 設(shè) 備 處 理 ? 虛擬設(shè)備 ? 本章小結(jié) 機械工業(yè)出版社 設(shè)備管理概述 ? 現(xiàn)代計算機系統(tǒng)中配置了大量不同類型的外圍設(shè)備，包括用于實現(xiàn)信息輸入、輸出和存儲功能的設(shè)備以及相應的設(shè)備控制器，在有的大中型計算機中還設(shè)有輸入 /輸出通道。 操作系統(tǒng)教程課件 第 2頁 機械工業(yè)出版社 設(shè)備管理概述 外圍設(shè)備的分類 早期的計算機系統(tǒng)由于速度慢、應用面窄，外圍設(shè)備主要以紙帶、卡片等作為輸入輸出介質(zhì)，相應的設(shè)備管理程序也比較簡單，進入 20世紀 80年代以后，由于個人計算機、工作站以及計算機網(wǎng)絡(luò)等的發(fā)展，外圍設(shè)備開始走向多樣化、復雜化和智能化。 操作系統(tǒng)教程課件 第 3頁 機械工業(yè)出版社 設(shè)備管理概述 設(shè)備管理的功能 現(xiàn)代計算機系統(tǒng)要方便用戶使用，為用戶提供使用外圍設(shè)備的統(tǒng)一界面、盡可能地提高輸入 /輸出設(shè)備的使用效率，發(fā)揮系統(tǒng)的并行性。 操作系統(tǒng)教程課件 第 4頁 機械工業(yè)出版社 I/O系統(tǒng) ? 通常把 I/O設(shè)備及其接口線路、控制部件、通道以及管理軟件統(tǒng)稱為 I/O系統(tǒng)。 操作系統(tǒng)教程課件 第 6頁 機械工業(yè)出版社 輸入 /輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1. I/O設(shè)備 I/O設(shè)備的種類繁多，其重要性能指標有：數(shù)據(jù)傳輸單位、數(shù)據(jù)傳輸速率和設(shè)備的共享屬性等。第二類是字符設(shè)備，以字符為單位與主存交換信息，屬于無結(jié)構(gòu)設(shè)備。第一類是獨占型設(shè)備，在一段時間內(nèi)只能被一個作業(yè)獨占使用，例如，輸入機、磁帶機和打印機等。 操作系統(tǒng)教程課件 第 9頁 機械工業(yè)出版社 輸入 /輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 2. 設(shè)備控制器 （ 1）接口線路 通常，外圍設(shè)備并不是直接與 CPU進行通信，而是與設(shè)備控制器通信。 （ 3） 狀態(tài)信號線 狀態(tài)信號線用于傳送指示設(shè)備當前狀態(tài)的信號 。 設(shè)備控制器分為兩類：控制字符設(shè)備的控制器和控制塊設(shè)備的控制器 。設(shè)備控制器接受并識別 CPU向控制器發(fā)出的多種不同命令?？刂破髋c設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換，則是設(shè)備將數(shù)據(jù)輸入到控制器，或從控制器傳送到設(shè)備。例如，僅當設(shè)備處于發(fā)送就緒狀態(tài)時， CPU才能啟動設(shè)備控制器從設(shè)備中讀出數(shù)據(jù)。例如，在 IBM PC機中規(guī)定，硬盤控制器中寄存器的地址在 320~32F之中。為了解決高速的 CPU與慢速的 I/O設(shè)備之 ⑥差錯控制。該接口通過數(shù)據(jù)線、地址線和控制線實現(xiàn) CPU與設(shè)備控制器之間的通信。設(shè)備控制器中的 I/O邏輯用于實現(xiàn)對設(shè)備的控制。 通道又稱輸入 /輸出處理機 。 通常 ， 一個中央處理器可以連接若干通道 ， 一個通道可以連接若干個控制器 ， 一個控制器可以連接若干臺設(shè)備 。 字節(jié)多路通道主要用于連接大量的低速外圍設(shè)備 ， 如軟盤輸入輸出機 、 紙帶輸入輸出機 、 卡片輸入輸入機 、 控制臺打印機等設(shè)備 。 操作系統(tǒng)教程課件 第 21頁 機械工業(yè)出版社 輸入 /輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu) （ 3） 數(shù)組多路通道 （ Block Multiplexor Channel） 數(shù)組多路通道是將數(shù)組選擇通道傳輸速率高與字節(jié)多路通道能使各子通道 (設(shè)備 )分時并行操作的優(yōu)點相結(jié)合而形成的一種新通道。如 圖 55所示單通路 I/O系統(tǒng)，為了驅(qū)動設(shè)備 1，必須連通控制器 1和通道1，若通道 1已被其他設(shè)備（如設(shè)備 2，設(shè)備 3或設(shè)備 4）所占用或存在故障，則設(shè)備 1無法啟動，這就是由于通道不足而造成輸入 /輸出操作中的 “瓶頸 ”現(xiàn)象。 圖 57中示出了一個 IBM370系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，它包括上述三種類型通道。 操作系統(tǒng)教程課件 第 27頁