【正文】 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 2)數(shù)組選擇通道 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。 可以控制一個或者多個設(shè)備，完成設(shè)備與主機(jī)間的連接和通訊 設(shè)備控制器中有一組寄存器， CPU通過向其中的控制寄存器寫命令字來執(zhí)行 I/O操作； I/O情況以及設(shè)備狀況均放在狀態(tài)寄存器中；還包括一些設(shè)備數(shù)據(jù)緩沖寄存器 每個寄存器均要編址 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 控制器卡上通常有一個插座，通過電纜與設(shè)備相連 控制器和設(shè)備之間的接口是一個標(biāo)準(zhǔn)接口，它符合 ANSI、 IEEE或 ISO這樣的國際標(biāo)準(zhǔn) CPU 外 部 設(shè) 備 控 制 邏 輯 電 路 控制寄存器 狀態(tài)寄存器 數(shù)據(jù)寄存器 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 1. 設(shè)備控制器的基本功能 1) 接收和識別命令 2) 數(shù)據(jù)交換 3) 標(biāo)識和報告設(shè)備的狀態(tài) 4) 地址識別 5) 數(shù)據(jù)緩沖 6) 差錯控制 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 2. 設(shè)備控制器的組成 圖 52 設(shè)備控制器的組成 數(shù)據(jù)寄 存器控制/ 狀態(tài)寄存器數(shù)據(jù)線I / O 邏輯?控制器與設(shè)備接口1控制器與設(shè)備接口 i數(shù)據(jù)狀態(tài)控制數(shù)據(jù)狀態(tài)控制?地址線控制線C P U 與控制 器接口 控 制 器 與 設(shè) 備 接 口第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 通道技術(shù) ：通道是獨(dú)立于 CPU的專門負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)輸入 /輸出傳輸工作的處理機(jī)，對外部設(shè)備實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，代替 CPU對輸入 /輸出操作進(jìn)行控制，從而使輸入，輸出操作可與 CPU并行操作。 在一段時間內(nèi)可有多個進(jìn)程共同使用的設(shè)備，多個進(jìn)程以交叉的方式來使用設(shè)備，其資源利用率高。 其基本單位是字符 ， 故稱為字符設(shè)備 。 它屬于有結(jié)構(gòu)設(shè)備 。 典型的高速設(shè)備有磁帶機(jī) 、 磁盤機(jī) 、 光盤機(jī)等 。 屬于低速設(shè)備的典型設(shè)備有鍵盤 、 鼠標(biāo)器 、 語音的輸入和輸出等設(shè)備 。 第一類是 低速設(shè)備 ， 這是指其傳輸速率僅為每秒鐘幾個字節(jié)至數(shù)百個字節(jié)的一類設(shè)備 。 第三類是 高速設(shè)備 ， 這是指其傳輸速率在數(shù)百千個字節(jié)至數(shù)十兆字節(jié)的一類設(shè)備 。 由于信息的存取總是以數(shù)據(jù)塊為單位 ， 故而得名 。 第二類是 字符設(shè)備 (Character Device)， 用于數(shù)據(jù)的輸入和輸出 。（如打印機(jī)，磁帶等） (2) 共享設(shè)備。 在小型和微型機(jī)中，它常采用印刷電路卡插入計(jì)算機(jī)中。 如打印機(jī)，終端。數(shù)據(jù)多路通道實(shí)際上是對通道程序采用多道程序設(shè)計(jì)的硬件實(shí)現(xiàn) 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 通道： 執(zhí)行通道程序，向控制器發(fā)出命令，并具有向 CPU發(fā)中斷信號的功能。 CPU響應(yīng)中斷，控制轉(zhuǎn)給操作系統(tǒng)。 2) EISA(Extended ISA) 到 80年代末期 ， ISA總線已難于滿足帶寬和傳輸速率的要求 ， 于是人們又開發(fā)出擴(kuò)展 ISA(EISA)總線 ， 其帶寬為 32位 ，總線的傳輸速率高達(dá) 32 Mb/s， 同樣可以連接 12臺外部設(shè)備 。 僅當(dāng)輸完一個數(shù)據(jù)時 ， 才需 CPU花費(fèi)極短的時間去做些中斷處理 。 采用中斷驅(qū)動方式后 ， CPU可利用這 ms的時間去做其它事情 ，而僅用 ms的時間來處理由控制器發(fā)來的中斷請求 。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 2. DMA控制器的組成 圖 58 DMA控制器的組成 DRM A RDCCRI / O控制邏輯…主機(jī)—控制器 接口 控制器 與塊設(shè)備接口c o u n t內(nèi)存C P U命令系統(tǒng)總 線 D M A 控制器第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 為了實(shí)現(xiàn)在主機(jī)與控制器之間成塊數(shù)據(jù)的直接交換 ， 必須在 DMA (1) 命令 /狀態(tài)寄存器 CR。 (3) 數(shù)據(jù)寄存器 DR。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 3. DMA工作過程 圖 59 DMA方式的工作流程 設(shè)置 AR 和 DC 初值啟動 D M A 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 1DC ＝ 0?請求中 斷在繼續(xù) 執(zhí)行用戶程序的 同時, 準(zhǔn)備又一 次傳送否是第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 I/O通道控制方式 1. I/O通道控制方式的引入 I/O通道方式是 DMA方式的發(fā)展 ， 它可進(jìn)一步減少 CPU的干預(yù) ， 即把對一個數(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) 。 (2) 內(nèi)存地址。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 操作 P R 計(jì)數(shù) 內(nèi)存地址 WRITE 0 0 80 813 WRITE 0 0 140 1034 WRITE 0 1 60 5830 WRITE 0 1 300 2000 WRITE 0 0 250 1850 WRITE 1 1 250 720 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 緩 沖 管 理 ? 緩沖的引入 – 凡是 數(shù)據(jù)到達(dá) 和 離去 速度不匹配的地方均可采用緩沖技術(shù)。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 圖 510 利用緩沖寄存器實(shí)現(xiàn)緩沖 1 位緩沖9 . 6 K b / s8 位緩沖 寄存器送內(nèi)存9 . 6 K b / s8 位緩沖 寄存器9 . 6 K b / s送內(nèi)存( b )( a )( c )第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 單緩沖和雙緩沖 1. 單緩沖 (Single Buffer) 工作區(qū)處理 ( C )緩沖區(qū)傳送 ( M ) 輸入 ( T )I / O 設(shè)備( a )T1M1C1T2M2C2T3M3C3T4t( b )用戶進(jìn) 程圖 511 單緩沖工作示意圖 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 單緩沖區(qū)討論 ? 系統(tǒng)傳送一塊數(shù)據(jù)的時間為MAX(C,T)+M ? 如果輸入數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)串行地進(jìn)行呢？ 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 2. 雙緩沖 (Double Buffer) 工作區(qū)用戶進(jìn) 程緩沖區(qū) 1緩沖區(qū) 2I / O 設(shè)備T1( 緩沖 1)M1C1M2C2M3C3T2( 緩沖 2) T3( 緩沖 3)M4C4T4( 緩沖 4)( a )( b )圖 512 雙緩沖工作示意圖 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 雙緩沖區(qū)討論 ? 系統(tǒng)處理一塊數(shù)據(jù)的時間為多少呢？ ? 鞏固：假定 T=100us,M=50us,C=50us,計(jì)算分別采用單緩沖和雙緩沖的情況下，系統(tǒng)處理一塊數(shù)據(jù)的時間。 (2) Nextg指針追趕上 Nexti指針。 (2) 輸入隊(duì)列 inq。 B(number) ∶ Takebuf(type)。 Signal(MS(type))。 (3) 虛擬設(shè)備。 其基本含義是： 應(yīng)用程序獨(dú)立于具體使用的物理設(shè)備 。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 在實(shí)現(xiàn)了設(shè)備獨(dú)立性的功能后 ， 可帶來以下兩方面的好處 。 例如， 對各種設(shè)備的讀操作，在應(yīng)用程序中都使用 read。 事實(shí)上 ， 當(dāng)系統(tǒng)中引入了多道程序技術(shù)后 ， 完全可以利用其中的一道程序 ， 來模擬脫機(jī)輸入時的外圍控制機(jī)功能 ， 把低速 I/O設(shè)備上的數(shù)據(jù)傳送到高速磁盤上；再用另一道程序來模擬脫機(jī)輸出時外圍控制機(jī)的功能 ， 把數(shù)據(jù)從磁盤傳送到低速輸出設(shè)備上 。 當(dāng)用戶進(jìn)程請求打印輸出時 ， SPOOLing系統(tǒng)同意為它打印輸出 ， 但并不真正立即把打印機(jī)分配給該用戶進(jìn)程 ， 而只為它做兩件事： ① 由輸出進(jìn)程在輸出井中為之申請一個空閑磁盤塊區(qū) ， 并將要打印的數(shù)據(jù)送入其中； ② 輸出進(jìn)程再為用戶進(jìn)程申請一張空白的用戶請求打印表 ， 并將用戶的打印要求填入其中 ， 再將該表掛到請求打印隊(duì)列上 。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 設(shè) 備 處 理 – 設(shè)備處理是指：在系統(tǒng)為請求 I/O的進(jìn)程分配了設(shè)備以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)通路（控制器和通道）后，啟動設(shè)備去進(jìn)行實(shí)際的 I/O操作，它通常是由（ 1）設(shè)備驅(qū)動程序 (2)I/O中斷服務(wù)程序配合完成。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 1. 設(shè)備驅(qū)動程序的功能 (1) 接收由 I/O進(jìn)程發(fā)來的命令和參數(shù) ， 并將命令中的抽象要求轉(zhuǎn)換為具體要求 ， 例如 ， 將磁盤塊號轉(zhuǎn)換為磁盤的盤面 、 磁道號及扇區(qū)號 。 (5) 對于設(shè)置有通道的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) ， 驅(qū)動程序還應(yīng)能夠根據(jù)用戶的 I/O請求 ， 自動地構(gòu)成通道程序 。 (2) 驅(qū)動程序與設(shè)備控制器和 I/O設(shè)備的硬件特性緊密相關(guān) ， 因而對不同類型的設(shè)備應(yīng)配置不同的驅(qū)動程序 。 通過這些磁頭可訪問所有各磁道 ， 并進(jìn)行并行讀 /寫 ， 有效地提高了磁盤的 I/O速度 。 可見 ， 移動磁頭僅能以串行方式讀 /寫 ， 致使其 I/O速度較慢；但由于其結(jié)構(gòu)簡單 ， 故仍廣泛應(yīng)用于中小型磁盤設(shè)備中 。 第五章 設(shè) 備 管 理 寧波大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 彭宗舉 2) 旋轉(zhuǎn)延遲時間 Tτ 這是指定扇區(qū)移動到磁頭下面所經(jīng)歷的時間 。 因?yàn)橹灰粩嘤行逻M(jìn)程的請求到達(dá) ， 且其所要訪問的磁道與磁頭當(dāng)前所在磁道的距離較近 ， 這種新進(jìn)程的 I/O請求必須優(yōu)先滿足 。 在高密度磁盤上容易出現(xiàn)此情況 。 當(dāng) N值取得很大時 ， 會使 N步掃描法的性能接近于 SCAN算法的性能； 當(dāng) N=1時 ， N步 SCAN算法便蛻化為FCFS算法 。 這樣 ， 所有的新請求都將被推遲到下一次掃描時處理 。 第一種是在內(nèi)存中開辟一個單獨(dú)的存儲空間來作為磁盤高速緩存 ， 其大小是固定的 ， 不會受應(yīng)用程序多少的影響；第二種是把所有未利用的內(nèi)存空間變?yōu)橐粋€緩沖池 ， 供請求分頁系統(tǒng)和磁盤 I/O時 (作為磁盤高速緩存 )共享 。 這是直接將高速緩存中的數(shù)據(jù) ， 傳送到請求者進(jìn)程的內(nèi)存工作區(qū)中 。 因此 ， 現(xiàn)在不少系統(tǒng)在設(shè)計(jì)其高速緩存的置換算法時 ， 除了考慮到最近最久未使用這一原則外 ， 還考 (1) 訪問頻率。 該調(diào)用的主要功能是強(qiáng)制性地將所有在高速緩存中已修改的盤塊數(shù)據(jù)寫回磁盤 。 MSDOS所采用的寫回方式 ， 幾乎不會造成數(shù)據(jù)的丟失 ， 但須頻繁地啟動磁盤 。試問處理完成 4個記錄的總時間是多少？為了縮短處理時間應(yīng)當(dāng)進(jìn)行優(yōu)化分布，試問如何安排這些記錄。 (3) RAID 3級。（沒有冗余能力） 至少兩個盤 ? RAID1 把一個磁盤的數(shù)據(jù)鏡像到另一個磁盤上。