【正文】 通道和數(shù)組多路通道 。 具有通道裝置的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) ， 主機(jī) 、 通道 、 設(shè)備控制器和設(shè)備之間采用四級連接 ， 實(shí)施三級控制 。 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 。 操作系統(tǒng)教程課件 第 17頁 機(jī)械工業(yè)出版社 輸入 /輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 3. 通道 為了獲得 CPU與外圍設(shè)備之間更高的并行工作能力 ， 也為了讓種類繁多 、 物理特性各異的外圍設(shè)備能以標(biāo)準(zhǔn)的接口連接到系統(tǒng)中 ， 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在 CPU與設(shè)備控制器之間增設(shè)了自成獨(dú)立體系的通道結(jié)構(gòu) ， 這不僅使數(shù)據(jù)的傳送獨(dú)立于 CPU， 而且對 I/O操作的組織 、 管理及其處理也盡量獨(dú)立 ， 使 CPU有更多的時間進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 。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(jìn)行譯碼。設(shè)備控制器中的 I/O邏輯根據(jù)CPU ③ I/O邏輯。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。 操作系統(tǒng)教程課件 第 16頁 機(jī)械工業(yè)出版社 輸入 /輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ①設(shè)備控制器與 CPU的接口。設(shè)備控制器還負(fù)責(zé)對由 I/O設(shè)備傳送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行差錯檢測。 操作系統(tǒng)教程課件 第 14頁 機(jī)械工業(yè)出版社 輸入 /輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ⑤數(shù)據(jù)緩沖。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。為了識別不同的設(shè)備，系統(tǒng)中的每個設(shè)備都有一個惟一的地址，而設(shè)備控制器必須能夠識別它所控制的每個設(shè)備的地址。為此，在設(shè)備控制器中應(yīng)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(dāng)前狀態(tài)，做出正確判斷，發(fā)出操作指令。設(shè)備控制器應(yīng)記錄外圍設(shè)備的工作狀態(tài)。為此，在控制寄存器中必須設(shè)置數(shù)據(jù)寄存器。 CPU與控制器之間的數(shù)據(jù)交換是通過數(shù)據(jù)總線，由 CPU并行地把數(shù)據(jù)寫入控制器中，或從控制器中并行地讀出數(shù)據(jù)。為此，在設(shè)備控制器中應(yīng)具有相應(yīng)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。 操作系統(tǒng)教程課件 第 12頁 機(jī)械工業(yè)出版社 輸入 /輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu) (2) ①接受和識別命令。 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)備控制器既要與 CPU通信 ， 又要與設(shè)備通信 ， 由它接受從 CPU發(fā)出的命令， 并控制 I/O設(shè)備的工作 ， 是 CPU與 I/O設(shè)備之間的接口 ， 能有效地將 CPU從設(shè)備控制事務(wù)中解脫出來 。 設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)有正在讀 、 正在寫 、 設(shè)備已完成等 。 （ 2） 控制信號線 控制信號線作為設(shè)備控制器與 I/O設(shè)備之間控制信號的傳送通道 。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。第三類是虛擬設(shè)備，通過虛擬技術(shù)用共享型設(shè)備來模擬獨(dú)占型設(shè)備的工作。獨(dú)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(dú)占該設(shè)備，直到作業(yè)結(jié)束才釋放。 操作系統(tǒng)教程課件 第 8頁 機(jī)械工業(yè)出版社 輸入 /輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu) (3) 按設(shè)備的共享屬性可將設(shè)備分為三類。字符設(shè)備種類繁多，如交互式終端、打印機(jī)等。塊設(shè)備的基本特征是傳輸速率較高，通常每秒鐘為幾兆位；可尋址，即允許對指定的塊進(jìn)行讀 /寫操作；此外，在 I/O操作時，常采用直接存儲器訪問 (DMA)方式。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(biāo)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(jī)、激光打印機(jī)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(jī)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。 操作系統(tǒng)教程課件 第 5頁 機(jī)械工業(yè)出版社 輸入 /輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 典型的輸入 /輸出系統(tǒng)具有四級結(jié)構(gòu)：主機(jī) 、 通道 、 設(shè)備控制器和輸入 /輸出設(shè)備 ， 如 圖 51所示 。主存與外圍設(shè)備之間的信息傳輸操作，稱為 I/O操作。 ⑤實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備。因此，設(shè)備管理的主要功能如下： ①實(shí)現(xiàn)對外圍設(shè)備的分配與去配。 ? 按照工作特性可將外圍設(shè)備分為存儲設(shè)備和 I/O設(shè)備兩類。用戶可以從不同的角度對外圍設(shè)備進(jìn)行分類。因此，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對外圍設(shè)備的管理，是操作系統(tǒng)中最具有多樣性和復(fù)雜性的部分。機(jī)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(dú)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(jī)械工業(yè)出版社 設(shè)備管理概述 ? 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中配置了大量不同類型的外圍設(shè)備，包括用于實(shí)現(xiàn)信息輸入、輸出和存儲功能的設(shè)備以及相應(yīng)的設(shè)備控制器，在有的大中型計(jì)算機(jī)中還設(shè)有輸入 /輸出通道。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通常把外圍設(shè)備又稱為 I/O設(shè)備，這些設(shè)備的物理特性和操作方式有很大區(qū)別，在運(yùn)行速度、控制方式、數(shù)據(jù)表示以及傳送單位上存在著很大的差異。 操作系統(tǒng)教程課件 第 2頁 機(jī)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)由于速度慢、應(yīng)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(yīng)的設(shè)備管理程序也比較簡單，進(jìn)入 20世紀(jì) 80年代以后，由于個人計(jì)算機(jī)、工作站以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等的發(fā)展，外圍設(shè)備開始走向多樣化、復(fù)雜化和智能化。 ? 按照外圍設(shè)備的從屬關(guān)系，可以將它們分成系統(tǒng)設(shè)備和用戶設(shè)備。 操作系統(tǒng)教程課件 第 3頁 機(jī)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(jì)算機(jī)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。 ②實(shí)現(xiàn)外圍設(shè)備的啟動。 操作系統(tǒng)教程課件 第 4頁 機(jī)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)。多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)引入后， I/O操作能力成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合處理能力及性能價格比的重要因素。 操作系統(tǒng)教程課件 第 6頁 機(jī)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(biāo)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。第一類是塊設(shè)備，以塊為單位與主存交換信息，屬于有結(jié)構(gòu)設(shè)備，如磁盤 (每個盤塊的大小為 )、磁帶等。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。字符設(shè)備的基本特征是傳輸速率較低，通常每秒鐘為幾個字節(jié)到數(shù)千個字節(jié)；不可尋址，即不能指定輸入時的源地址以及輸出時的目標(biāo)地址；在 I/O操作時，常采用中斷驅(qū)動方式。第一類是獨(dú)占型設(shè)備，在一段時間內(nèi)只能被一個作業(yè)獨(dú)占使用，例如，輸入機(jī)、磁帶機(jī)和打印機(jī)等。第二類是共享型設(shè)備，在一段時間內(nèi)允許幾個作業(yè)同時使用，例如，磁盤，對共享型設(shè)備允許多個作業(yè)同時使用，即一段時間內(nèi)多個作業(yè)可以交替地啟動共享設(shè)備，但在每一時刻仍只有一個作業(yè)占用。 操作系統(tǒng)教程課件 第 9頁 機(jī)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(jìn)行通信，而是與設(shè)備控制器通信。 操作系統(tǒng)教程課件 第 10頁 機(jī)械工業(yè)出版社 輸入 /輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu) （ 1） 數(shù)據(jù)信號線 數(shù)據(jù)信號線用于設(shè)備和設(shè)備控制器之間數(shù)據(jù)信號的傳送 。 （ 3） 狀態(tài)信號線 狀態(tài)信號線用于傳送指示設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)的信號 。 操作系統(tǒng)教程課件 第 11頁 機(jī)械工業(yè)出版社 輸入 /輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 設(shè)備控制器位于 CPU與設(shè)備之間 ， 控制一個或多個 I/O設(shè)備 ， 以實(shí)現(xiàn) I/O設(shè)備和主機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換 。 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 。 微型計(jì)算機(jī)和小型計(jì)算機(jī)中的控制器 ， 往往做成印制電路卡形式 ， 常被稱為接口卡 ，插入計(jì)算機(jī) ， 可控制一個 、 兩個 、 四個或八個同類型設(shè)備 。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。設(shè)備控制器實(shí)現(xiàn) CPU與控制器、控制器與設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換。控制器與設(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。 操作系統(tǒng)教程課件 第 13頁 機(jī)械工業(yè)出版社 輸入 /輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ③表示和報告設(shè)備的狀態(tài)。例如，僅當(dāng)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)。 ④地址識別。例如，在 IBM PC機(jī)中規(guī)定，硬盤控制器中寄存器的地址在 320~32F之中。為此，在設(shè)備控制器中應(yīng)配置地址譯碼器。為了解決高速的 CPU與慢速的 I/O設(shè)備之 ⑥差錯控制。如果發(fā)現(xiàn)在傳送中出現(xiàn)錯誤，則通常將差錯檢測碼置位，并向 CPU報告，為保證數(shù)據(jù)的正確性，CPU 操作系統(tǒng)教程課件 第 15頁 機(jī)械工業(yè)出版社 輸入 /輸出系統(tǒng)結(jié)構(gòu) (3) 設(shè)備控制器一般由設(shè)備控制器與 CPU接口、設(shè)備控制器與設(shè)備接口以及 I/O邏輯三部分組成，如 圖 53所示。該接口通過數(shù)據(jù)線、地址線和控制線實(shí)現(xiàn) CPU與設(shè)備控制器之間的通信。一個設(shè)備控制器可以有一個或多個設(shè)備接口，一個接口連接一臺設(shè)備，在每個接口中都存在數(shù)據(jù)、控制和狀態(tài)三種類型的信號。設(shè)備控制器中的 I/O邏輯用于實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的控制。當(dāng) CPU要啟動一個設(shè)備時，一方面將啟動命令發(fā)送給控制器；同時通過地址線把地址發(fā)送給控制器，由控制器的 I/O邏輯對收到的地址進(jìn)行譯碼，再根據(jù)所譯出的命令對所選設(shè)備進(jìn)行控制。 通道又稱輸入 /輸出處理機(jī) 。 采用通道技術(shù)主要解決了輸入 /輸出操作的獨(dú)立性和各部件工作的并行性 ， 實(shí)現(xiàn)了外圍設(shè)備與 CPU之間的并行操作 ， 通道與通道之間的并行操作 ， 各個通道上的外圍設(shè)備之間的并行操作 ， 提高了整個系統(tǒng)效率 。 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 。 （ 1） 字節(jié)多路通道 （ Byte Multiplexor Channel） 字節(jié)多路通道是一種按字節(jié)為單位以交叉方式工作的通道 。 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(jī) 、 紙帶輸入輸出機(jī) 、 卡片輸入輸入機(jī) 、 控制臺打印機(jī)等設(shè)備 。 它只含有一個分配型子通道 ， 在一段時間內(nèi)只能執(zhí)行一道通道程序 ， 控制一臺設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送 ， 致使當(dāng)某臺設(shè)備占用該通道后， 便一直獨(dú)占使用 ， 即使無數(shù)據(jù)傳送 ， 通道被閑置 ， 也不允許其它設(shè)備使用該通道 ， 直至設(shè)備釋放該通道 。 操作系統(tǒng)教程課件 第 21頁 機(jī)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(diǎn)相結(jié)合而形成的一種新通道。數(shù)組多路通道的實(shí)質(zhì)是對通道程序采用多道程序設(shè)計(jì)技術(shù)的硬件實(shí)現(xiàn)。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。多通路方式不僅解決了 “瓶頸 ”問題，而且提高了系統(tǒng)的可靠性。 圖 57中示出了一個 IBM370系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，它包括上述三種