【正文】 ? 為實(shí)現(xiàn)主機(jī)與控制器之間塊數(shù)據(jù)的直接交換，必須設(shè)置如下四類寄存器： 1. 數(shù)據(jù)寄存器 DR： 暫存設(shè)備到內(nèi)存或從內(nèi)存到設(shè)備的數(shù)據(jù)。 3）直接存儲(chǔ)器訪問(wèn) DMA 方式 2/8/2023 32 ② DMA控制器的組成 ? DMA控制器 由三部分組成： 1. 主機(jī)與 DMA控制器的接口； 2. DMA控制器與塊設(shè)備的接口； 3. I/O控制邏輯。 3) CPU干預(yù)進(jìn)一步減少： 僅在傳送一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)塊的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)，才需 CPU干預(yù)，整塊數(shù)據(jù)的傳送是在控制器的控制下完成的。 ? 改進(jìn)： ?CPU下指令通知控制器完成一塊數(shù)據(jù)的 I/O，控制器完成后才發(fā)中斷，而不是每個(gè)字節(jié)都要向 CPU發(fā)中斷； ?多字節(jié)傳輸入內(nèi)存過(guò)程不需要 CPU搬運(yùn)，由控制器控制完成（所以稱直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)） ——DMA（ Direct Memory Access）控制方式引入 2/8/2023 30 CPU 磁盤 DMA控制器 內(nèi)存 notepad data DMA控制器決定做了多少，做完沒(méi)有。 ? 但 cpu真的不需要干預(yù)么？ 2/8/2023 28 中斷控制方式流程圖 向 I/O控制器發(fā)讀命令 讀 I/O控制器的狀態(tài) 從 I/O控制器中讀入字 向存儲(chǔ)器中寫字 檢查狀態(tài) 傳送完成？ 出錯(cuò) 完成 CPU→ I/O I/O→ CPU I/O→ CPU CPU→ 內(nèi)存 未完 下條指令 就緒 CPU做其它事 中斷 需要 cpu干預(yù) 2/8/2023 29 ? 中斷方式比程序 I/O方式更有效 ? 但仍以字（節(jié)）為單位進(jìn)行 I/O，每當(dāng)完成一個(gè)字（節(jié)），控制器便要請(qǐng)求一次中斷。 ? I/O設(shè)備輸入數(shù)據(jù)中，無(wú)需 CPU干預(yù)，因而可使CPU與 I/O設(shè)備并行工作。 ? 設(shè)備控制器按照命令的要求去控制指定 I/O設(shè)備。 注：也稱作程序查詢方式或輪詢方式。 ? CPU取控制器中的數(shù)據(jù)送入內(nèi)存單元，完成一個(gè)字的 I/O 。 ? 然后不斷測(cè)試標(biāo)志。如下例所示： 存儲(chǔ)器 通道 1 通道 2 控制器 1 控制器 2 控制器 3 控制器 4 設(shè)備 1 設(shè)備 2 設(shè)備 3 設(shè)備 4 設(shè)備 5 設(shè)備 6 設(shè)備 7 2/8/2023 22 ? 解決“瓶頸”問(wèn)題最有效的辦法便是增加設(shè)備到主機(jī)間的 通路 而不增加通道，如下圖所示： 存儲(chǔ)器 通道 1 通道 2 控制器 1 控制器 2 I/O設(shè)備 I/O設(shè)備 I/O設(shè)備 I/O設(shè)備 2/8/2023 23 I/O控制方式 ? 程序 I/O方式 ? 中斷驅(qū)動(dòng) I/O方式 ? 直接存儲(chǔ)器訪問(wèn) DMA（字節(jié) — 塊） ? I/O通道控制方式（組織傳送的獨(dú)立） ? 宗旨：減少主機(jī)對(duì) I/O控制的干預(yù)，將CPU從繁雜的 I/O控制事物中解脫出來(lái)。數(shù)據(jù)傳送則 按 數(shù)組方式 進(jìn)行。 ? 數(shù)組多路通道 ?結(jié)合上述兩種方式。 ? 適用于并行、低速設(shè)備 2/8/2023 20 ? 數(shù)組選擇通道 ?針對(duì)高速設(shè)備： 分配型 子通道 ?設(shè)備利用子通道占用通道后，一段時(shí)間內(nèi) 一直獨(dú)占，直至設(shè)備傳送完畢 釋放。 ? 實(shí)際上 I/O通道是一種特殊的處理機(jī) ： ?指令類型單一，只用于 I/O操作； ?通道沒(méi)有內(nèi)存，它與 CPU共享內(nèi)存 2/8/2023 18 ②通道類型 ? 根據(jù)其控制的外圍設(shè)備的不同類型，信息交換方式也可分為以下三種類型： 1)字節(jié)多路通道 2)數(shù)組選擇通道 3)數(shù)組多路通道 2/8/2023 19 ? 字節(jié)多路通道 ? 一個(gè)通道常通過(guò)多個(gè)子通道連接多個(gè)設(shè)備控制器 ? 多個(gè)設(shè)備，通過(guò) 非分配型 子通道以 字節(jié) 為單位 交叉輪流 使用主通道傳輸自己的數(shù)據(jù)。 2/8/2023 17 主要目的： ? 建立更獨(dú)立的 I/O操作，解放 CPU。 ? 在 CPU和設(shè)備控制器之間 增設(shè)一個(gè)硬件機(jī)構(gòu)：“通道” ? 設(shè)置通道后 ?CPU只需向通道發(fā)送一條 I/O指令即可不再干預(yù)后續(xù)操作。 ? 總線的性能用總線的“時(shí)鐘頻率”、“帶寬”和相應(yīng)的總線“傳輸速率”等指標(biāo)來(lái)衡量。 ? 共有三類信號(hào)線： ?數(shù)據(jù)線：數(shù)據(jù)線通常與兩類寄存器相連接，第一類是數(shù)據(jù)寄存器；第二類是控制 /狀態(tài)寄存器。 ? CPU要啟動(dòng)一個(gè)設(shè)備時(shí)， ?將啟動(dòng)命令發(fā)送給控制器； ?同時(shí)通過(guò)地址線把地址發(fā)送給控制器 ?控制器的 I/O邏輯對(duì)收到的地址和命令進(jìn)行譯碼，再根據(jù)所譯出的命令選擇設(shè)備進(jìn)行控制。 ?1個(gè)或 n個(gè) 1個(gè)或 n個(gè) 2/8/2023 12 ?I/O邏輯 ? 通過(guò)一組控制線與處理機(jī)交互，處理機(jī)利用該邏輯向控制器發(fā)送 I/O命令。 ? 每個(gè)接口中都有數(shù)據(jù)、控制和狀態(tài)三種類型的信號(hào)。 2/8/2023 9 ?① 基本功能 CPU命令（控制 寄存器 ：存放命令和參數(shù)） （狀態(tài) 寄存器 ） （數(shù)據(jù) 寄存器 ） （控制器識(shí)別設(shè)備地址、寄存器地址。 ? 控制器是 CPU與 I/O設(shè)備之間的接口，作為中間人接收從 CPU發(fā)來(lái)的命令，并去控制I/O設(shè)備工作，以使處理機(jī)脫離繁雜的設(shè)備控制事務(wù)。 ?虛擬：使一臺(tái)獨(dú)占設(shè)備變換為若干臺(tái)邏輯設(shè)備，供給若干用戶“同時(shí)使用”。可尋址、可隨機(jī)訪問(wèn)的色后備。 ?與硬件緊密相關(guān)，本章主要對(duì) I/O設(shè)備和設(shè)備控制器等硬件作扼要闡述。關(guān)于設(shè)備管理 ?管理對(duì)象 ： I/O設(shè)備（ I/O系統(tǒng)組成） ?基本任務(wù) ：完成用戶提出的 I/O請(qǐng)求，提高 I/O速率以及改善 I/O設(shè)備的利用率。 ?主要功能 ：緩沖區(qū)管理、設(shè)備分配、設(shè)備處理、虛擬設(shè)備及設(shè)備獨(dú)立性等。 2/8/2023 1 第 5章 設(shè)備管理 ? I/O系統(tǒng)的組成 ? I/O控制方式 ?緩沖管理 ?設(shè)備分配 ?設(shè)備處理 ?磁盤設(shè)備管理 2/8/2023 2 I/O系統(tǒng)的組成 包括： 需要用于輸入、輸出和存儲(chǔ)信息的 設(shè)備 ； 需要相應(yīng)的 設(shè)備控制器 ； 控制器與 CPU連接的 高速總線； 有的大中型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，配置 I/O通道 ； 2/8/2023 3 控制器與 CPU接口 控制器與設(shè)備接口 設(shè)備控制器 CPU I/O設(shè)備 數(shù)據(jù) 狀態(tài) 控制 數(shù)據(jù)線 地址線 控制線 總線 I/O系統(tǒng)組成 2/8/2023 4 1） I/O設(shè)備的類型 I/O設(shè)備的類型繁多，從 OS的觀點(diǎn)，按其重要的性能指標(biāo)進(jìn)行分類如下： ? 按傳輸速率分類： ? 低速、中速、高速（鍵盤、打印機(jī)、磁盤） ? 使用：存儲(chǔ)設(shè)備、輸入輸出設(shè)備 ? 按信息交換的單位分類： ? 塊設(shè)備：有結(jié)構(gòu)、速率高、可尋址、 DMA方式控制 ? 字符設(shè)備：無(wú)結(jié)構(gòu)、速率低、不可尋址、中斷方式控制 2/8/2023 5 ? 按設(shè)備的共享屬性分類： ?獨(dú)占：打印機(jī) ?共享：一個(gè)時(shí)刻上仍然是只被一個(gè)進(jìn)程占用。磁盤。 2/8/2023 6 I/O設(shè)備中的接口 ? 與控制器的接口有三種類型的信號(hào) ?數(shù)據(jù)信號(hào)線 (進(jìn)出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、緩沖后傳送 ) ?控制信號(hào)線 (讀 \寫 \移動(dòng)磁頭等控制 ) ?狀態(tài)信號(hào)線 I/O設(shè)備 數(shù)據(jù) 緩沖 轉(zhuǎn)換器 數(shù)據(jù) 狀態(tài) 控制邏輯 控制 2/8/2023 7 2）設(shè)備控制器 ? 設(shè)備并不直接與 CPU通信 ? 計(jì)算機(jī)中的一個(gè)實(shí)體 —— “設(shè)備控制器”負(fù)責(zé)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。 2/8/2023 8 ? 常作成接口卡插入計(jì)算機(jī) ? 可編址，不同類 ? 控制一個(gè)設(shè)備時(shí)只有一個(gè)地址，若連接多個(gè)設(shè)備則含有多個(gè)設(shè)備地址 ? 管理的復(fù)雜性因不同設(shè)備而異，分為字符設(shè)備控制器、塊設(shè)備控制器。地址譯碼器） （協(xié)調(diào) I/O與 CPU的速度差距） 2/8/2023 10 ? ② 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 數(shù)據(jù)線 地址線 控制線 數(shù)據(jù) 狀態(tài) 控制 I/O邏輯 2/8/2023 11 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)寄存器 控制 / 狀態(tài) 寄存器 數(shù)據(jù)線 地址線 控制線 與 CPU的接口 與設(shè)備的接口 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 狀態(tài) 控制 狀態(tài) 控制 ? 一個(gè)接口連接一個(gè)設(shè)備。 ? 控制器中的 I/O邏輯根據(jù)處理機(jī)發(fā)來(lái)的地址信號(hào)，去選擇一個(gè)設(shè)備接口。 I/O邏輯對(duì)收到的命令進(jìn)行譯碼。 2/8/2023 13 ③處理機(jī)與設(shè)備控制器間 ? 實(shí)現(xiàn) CPU與設(shè)備控制器之間的通信。 ?地址線 ?控制線 2/8/2023 14 ? 如圖所示，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的各部件，如 CPU、存儲(chǔ)器以及各種 I/O設(shè)備之間的聯(lián)系，都是通過(guò)總線來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 CPU 存儲(chǔ)器 磁盤 控制器 打印機(jī) 控制器 其他 控制器 磁盤驅(qū)動(dòng)器 打印機(jī) 系統(tǒng)總線 * 微機(jī) I/O系統(tǒng)中的總線結(jié)構(gòu) 2/8/2023 15 總線的發(fā)展過(guò)程 ? ISA和 EISA總線 1.