第4章_io設(shè)備管理-展示頁
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【正文】 I/O獨(dú)立編址方式，如何編程？ 進(jìn) 程管理 23 中斷驅(qū)動方式 循環(huán)檢測的控制方法占用了太多的 CPU時(shí)間，可能會造成 CPU時(shí)間的浪費(fèi)。 i++){ while(*printer_status_reg != READY)。…A B C D E F G H內(nèi)存pprinter_status_regprinter_data_register 進(jìn) 程管理 22for (i = 0。 ... 進(jìn) 程管理 21一個(gè)例子已知 I/O地址采用內(nèi)存映像編址的方式，現(xiàn)需要在打印機(jī)上打印一個(gè)字符串 “ABCDEFGH”。從硬件來說，控制 I/O的所有工作均由 CPU來完成。小寶寶在家吃飯? 如果寶寶的嘴巴沒空（如上一口飯菜尚未吃完），循環(huán)等待? 裝一勺飯菜，喂到寶寶嘴里? 重復(fù)上述步驟 進(jìn) 程管理 20w基本思路 ：在程序（設(shè)備驅(qū)動程序）中通過不斷地檢測 I/O設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，來控制 I/O操作的完成。 進(jìn) 程管理 16PC機(jī)上的部分 I/O端口地址 （本圖摘自 Silberschatz, Galvin and Gagne： “Operating System Concepts”） 進(jìn) 程管理 17到目前為止，已經(jīng)介紹了 I/O設(shè)備的類型、設(shè)備的控制器、 I/O的端口地址。 進(jìn) 程管理 14F 編程方便，無需專門的 I/O指令 (C vs. 匯編 )；F 不能對控制寄存器的內(nèi)容進(jìn)行 Cache，須關(guān)閉；F 每一次都要判斷訪問的是內(nèi)存還是 I/O。s(0x28) out 0xA1,al……in al,0x64 ! 8042 status port ! 鍵盤控制器狀態(tài)寄存器test al,2jnz empty_8042 ! is input buffer full? 進(jìn) 程管理 132. 內(nèi)存映像編址 w基本思路：把所有控制器當(dāng)中的每一個(gè)寄存器都映射為一個(gè)內(nèi)存地址，專門用于 I/O操作（功能上），對這些單元的讀寫操作即為普通的內(nèi)存訪問操作。例如： IN R0 [4] 表示讀入 I/O端口地址為 4的內(nèi)容；MOV R0 [4] 表示讀入內(nèi)存地址為 4的內(nèi)容； 進(jìn) 程管理 12mov al,0x11 ! initialization sequenceout 0x20,al ! send it to 8259A1mov al,0x20 ! start of hardware int39。 混合編址。 I/O獨(dú)立編址；216。此外，許多控制器還有一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)供 OS讀寫。 進(jìn) 程管理 9 I/O地址 每個(gè)設(shè)備控制器都有一些寄存器用來與 CPU通信。電子部分稱為： 設(shè)備控制器 （ device controller）或 適配器 （ adapter）。 進(jìn) 程管理 8170。 I/O設(shè)備 的類型 進(jìn) 程管理 5170。 進(jìn) 程管理 4170。因此，如何管理好這些設(shè)備，使資源得以合理的利用，是操作系統(tǒng)的一個(gè)主要功能。操作系統(tǒng)Operating Systems諶衛(wèi)軍 清華大學(xué)軟件學(xué)院 1. I/O硬件2. I/O控制方式3. I/O軟件4. 磁盤第 四 章 I/O設(shè)備管理 進(jìn) 程管理 2 在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，有大量的輸入輸出設(shè)備，其種類繁多，差異大。而且隨著技術(shù)的發(fā)展，新設(shè)備也不斷地出現(xiàn)。I/O（ Input / Output）設(shè)備 進(jìn) 程管理 3 I/O硬件 對于 I/O硬件， 操作系統(tǒng) 所關(guān)心的并不是硬件自身的設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)，而是如何來對它進(jìn)行編程，即該設(shè)備給軟件提供的接口是什么，包括它所接受的控制命令、所完成的功能，以及所返回的出錯(cuò)報(bào)告。按交互方向分類： 輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀； 輸出設(shè)備：顯示器、打印機(jī)； 輸入 /輸出：磁盤、網(wǎng)卡。按數(shù)據(jù)組織分類： 塊設(shè)備 ：以數(shù)據(jù)塊作為信息的存儲和傳輸單位，每個(gè)數(shù)據(jù)塊都有一個(gè)地址，數(shù)據(jù)塊之間的讀寫操作是相互獨(dú)立的，如磁盤； 字符設(shè)備 ：以字符作為信息存儲和傳輸單位，數(shù)據(jù)即字符流，無定位無尋址，如鼠標(biāo)； 進(jìn) 程管理 6 有了 I/O設(shè)備，是否就能完成 I/O功能呢？ 進(jìn) 程管理 7 設(shè)備 控制器 機(jī)械部分 電子部分 一個(gè) I/O單元由兩部分組成： 機(jī)械部分 和 電子部分（設(shè)備控制器 或 適配器 ） 。機(jī)械部分即為 I/O設(shè)備本身；170。– 適配器的形式通常是印刷電路卡，可以插入到主板的擴(kuò)充槽中；控制器的形式是一組芯片；– 完成設(shè)備與主機(jī)間的連接和通訊。通過往這些寄存器中寫入不同的值， OS能命令該設(shè)備去執(zhí)行發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)、打開、關(guān)閉等操作； OS也能通過讀取這些寄存器的值來了解設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)。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 如何讓 I/O設(shè)備工作？ 進(jìn) 程管理 10問題：CPU如何與設(shè)備控制器進(jìn)行通信？ 這不是普通的內(nèi)存訪問！方法有三種：216。 內(nèi)存映像編址；216。 進(jìn) 程管理 111. I/O獨(dú)立編址 w基本思路：給控制器中的 每一個(gè)寄存器 分配一個(gè)唯一的 I/O端口（ I/O port）編號，稱為 I/O端口地址，然后用專門的 I/O指令對端口進(jìn)行操作；w這些端口地址所構(gòu)成的地址空間是完全獨(dú)立的，與內(nèi)存的地址空間沒有關(guān)系。s(0x20) out 0x21,almov al,0x28 ! start of hardware int39。w端口地址空間與內(nèi)存的地址空間統(tǒng)一編址，前者是后者的一部分，一般位于后者的頂端部分。 進(jìn) 程管理 153. 混合編址 w基本思路：對于設(shè)備控制器中的寄存器，采用獨(dú)立編址的方法；而對于設(shè)備的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，采用內(nèi)存映像編址的方法?，F(xiàn)在的問題是：根據(jù)已有的這些知識，現(xiàn)在 能否開始編程使用這些 I/O設(shè)備，完成相應(yīng)的輸入輸出功能呢？ 進(jìn) 程管理 18 I/O控制方式程序循環(huán)檢測方式 (Programmed I/O)中斷驅(qū)動方式 (Interruptdriven I/O)直接內(nèi)存訪問方式 (DMA, Direct Memory Access) 進(jìn) 程管理 19 程序循環(huán)檢測方式 246。具體來說，在進(jìn)行 I/O操作之前，
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