【正文】 便的邏輯設(shè)備 ， 而具體的 I/O物理設(shè)備由 操作系統(tǒng)去實(shí)現(xiàn) ， 這種性能常常被稱為設(shè)備的獨(dú)立性 。 ? 難點(diǎn) ? I/O通道控制方式； ? 設(shè)備獨(dú)立性的實(shí)現(xiàn)。 I/O設(shè)備 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 2. 按信息交換的單位分類 ? 塊設(shè)備（ Block Device） 指以數(shù)據(jù)塊為單位來(lái)組織和傳送數(shù)據(jù)信息的設(shè)備。 I/O設(shè)備 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 3. 按資源分配的角度分類 ? 獨(dú)占設(shè)備 指在一段時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)用戶 （ 進(jìn)程 ） 訪問(wèn)的設(shè)備 ， 大多數(shù) 低速的 I/O設(shè)備 ， 如用戶終端 、 打印機(jī)等屬于這類設(shè)備 。 I/O設(shè)備 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 二． 設(shè)備與控制器之間的接口 1. 數(shù)據(jù)信號(hào) ? 輸入：設(shè)備－ 控制器 ? 輸出： 控制器 － 設(shè)備 2. 控制信號(hào) 讀 、 寫或執(zhí)行等操作信號(hào) 3. 狀態(tài)信號(hào) 指示設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài) I/O設(shè)備 緩沖 轉(zhuǎn)換器 控制邏輯 設(shè)備 控制器 數(shù)據(jù)信號(hào)線 狀態(tài)信號(hào)線 控制信號(hào)線 信號(hào) 數(shù)據(jù) 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 CPU與 I/O設(shè)備之間的接口，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，復(fù)雜性因設(shè)備的不同而 異，相差很大 一． 設(shè)備控制器的功能 1. 接收和識(shí)別命令 2. 數(shù)據(jù)交換 3. 設(shè)備狀態(tài)的了解和報(bào)告 4. 地址識(shí)別 5. 差錯(cuò)控制 二． 設(shè)備控制器的組成 1. 設(shè)備控制器與處理機(jī)的接口 2. 設(shè)備控制器與設(shè)備的接口 3. I/O邏輯 設(shè)備控制器 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 設(shè)備控制器 I/O邏輯 控制器與設(shè)備的接口 控制器與設(shè)備的接口 1 控制器與設(shè)備的接口 i CPU與控制器的接口 數(shù)據(jù)寄存器 控制 /狀態(tài) 寄存器 數(shù)據(jù)線 地址線 控制線 數(shù)據(jù) 控制 狀態(tài) 數(shù)據(jù) 控制 狀態(tài) . . . . . . 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 ， I/O的控制方式也在 不斷地發(fā)展 。 程序 I/O方式 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 CPU→I/O CPU→I/O CPU做其它事 I/O→CPU I/O→CPU 未就緒 出錯(cuò) 出錯(cuò) 就緒 就緒 I/O→CPU I/O→CPU CPU→RAM CPU→RAM 未完 未完 完成 完成 執(zhí)行下一條 I/O指令 執(zhí)行下一條 I/O指令 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 向內(nèi)存中寫入字 傳送完畢 ？ 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 向內(nèi)存中寫入字 傳送完畢 ？ （ a）程序 I/O方式的流程 （ b）中斷驅(qū)動(dòng)方式的流程 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，對(duì) I/O設(shè)備的控制，廣泛地采用中 斷驅(qū)動(dòng)方式。從而大大地提 高了整個(gè)系統(tǒng)的資源利用率及吞吐量，特別是 CPU的利用率。 直接存儲(chǔ)器訪問(wèn) DMA控制方式 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 直接存儲(chǔ)器訪問(wèn) DMA控制方式 DMA方式的流程 向 I/O控制器發(fā)布讀塊命令 讀 DMA控制器的狀態(tài) CPU－ DMA DMA－ CPU 中斷 CPU做其它事 執(zhí)行下一條指令 System BusI/OControllerI/OControllerProcessorDMAControllerMemory.....華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 二． DMA控制器的組成 1. DMA控制器 與塊設(shè)備的接口 2. I/O控制邏輯 3. 主機(jī)與 DMA控制器的接口 ? 命令 /狀態(tài)寄存器 CR 接收從 CPU發(fā)來(lái)的 I/O命令或有關(guān)的控制信息，或設(shè)備的狀態(tài) ? 內(nèi)存地址寄存器 MAR 存放數(shù)據(jù)從設(shè)備傳到內(nèi)存的目的地址，或由內(nèi)存到設(shè)備的內(nèi)存源地址 ? 數(shù)據(jù)寄存器 DR 暫存設(shè)備到內(nèi)存或內(nèi)存到設(shè)備的數(shù)據(jù) ? 數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器 DC 存放本次 CPU要讀 /寫的字（節(jié)）數(shù) 直接存儲(chǔ)器訪問(wèn) DMA控制方式 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 直接存儲(chǔ)器訪問(wèn) DMA控制方式 CPU RAM I/O 控制 邏輯 DR MAR DC CR DMA控制器 count 主機(jī)與 控制器的接口 控制器 與塊設(shè)備的接口 命令 系統(tǒng)總線 數(shù)據(jù)寄存器 DR 內(nèi)存地址寄存器 MAR 數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器 DC 命令 /狀態(tài)寄存器 CR 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 三． DMA工作過(guò)程 當(dāng) CPU要從磁盤讀入一數(shù)據(jù)塊時(shí)： ? CPU發(fā)出讀命令－ CR ? 內(nèi)存起始目標(biāo)地址 MAR ? 數(shù)據(jù)的字（節(jié)）數(shù)－ DC ? 數(shù)據(jù)的磁盤源地址－ I/O控制邏輯 ? 啟動(dòng) DMA控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送， CPU去處理其它任務(wù) ? DMA控制器讀入一個(gè)字（節(jié)）的數(shù)據(jù) DR ? 挪用存儲(chǔ)器周期，將該字（節(jié)）的數(shù)據(jù)送到 MAR指示的內(nèi)存單元 ? MAR:=MAR＋ 1； DC:=DC1 ? IF DC==0 THEN 中斷 ELSE 傳下一字（節(jié)） 直接存儲(chǔ)器訪問(wèn) DMA控制方式 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 DMA方式工作流程 直接存儲(chǔ)器訪問(wèn) DMA控制方式 設(shè)置 CR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 MAR:=MAR+1 DC:=DC1 DC=0? 請(qǐng)求中斷 在繼續(xù)執(zhí)行用戶程序的同時(shí)，準(zhǔn)備下一次傳送 是 否 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 一． I/O通道控制方式的引入 雖然 DMA方式比中斷驅(qū)動(dòng)方式已顯著地減少了 CPU的干預(yù) ， 即由以字 （ 節(jié) ） 為單位的干預(yù)減少到以數(shù)據(jù)塊為單位的干預(yù) 。 通道程序是由一系列的通道指令（或稱為通道命令 ）所構(gòu)成。 即當(dāng) 某臺(tái)設(shè)備一旦占用了該通道 ， 就被它獨(dú)占 ， 直至該設(shè)備傳送 完畢釋放該通道為止 。 緩沖的引入 單緩沖 雙緩沖 循環(huán)緩沖 緩沖池 緩沖管理 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 一． 改善 CPU與 I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾 事實(shí)上 ， 凡在數(shù)據(jù)的到達(dá)速率與其離去速率不同的地方 ， 都可設(shè)置緩沖 ， 以緩和它們之間速度不匹配的矛盾 。 三． 提高 CPU和 I／ O設(shè)備之間的并行性 緩沖的引入可顯著提高 CPU和設(shè)備的并行操作程度，提 高系統(tǒng)的吞吐量和設(shè)備的利用率。 雙緩沖 緩沖區(qū) A 用戶區(qū) 緩沖區(qū) B 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 當(dāng)對(duì)緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)的輸入和提取的速度基本相匹配時(shí) ， 采用雙緩沖可使兩者并行工作 ， 獲得較好的效果 。為了管理上的方便，可將相同類型的緩沖區(qū)鏈成 一個(gè)隊(duì)列，于是就形成三個(gè)隊(duì)列： 1. 空緩沖區(qū)隊(duì)列 2. 輸入緩沖區(qū)隊(duì)列 3. 輸出緩沖區(qū)隊(duì)列 緩沖池 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 另外還應(yīng)具有四種工作緩沖區(qū)： 1. 用于收容輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)（ hin）； 2. 用于提取輸入數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)（ sin）； 3. 用于收容輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)（ hout）； 4. 用于提取輸出數(shù)據(jù)的工作緩沖區(qū)（ sout）。 設(shè)備分配的策略 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 2. 共享方式 共享方式是指將共享設(shè)備（磁盤）同時(shí)分配給多個(gè)進(jìn) 程使用。 當(dāng)它運(yùn)行時(shí)不保持任何設(shè)備資 源 ， 打破了產(chǎn)生死鎖一個(gè)必要條件 —“請(qǐng)求和保持 ” ， 所 以這種分配方式是安全的 。 其基本思想是：用戶程序不直接使用 物理設(shè)備名 （或設(shè)