【正文】 sy=0， 表示該 I/O設(shè)備已將輸入數(shù)據(jù)送入到 I/O控制器的數(shù) 據(jù)寄存器中 ， 于是 CPU將從數(shù)據(jù)寄存器中取出數(shù)據(jù) ， 送入內(nèi)存 的指定單元 ， 接著 ， 再啟動(dòng)去讀下一個(gè)數(shù)據(jù) ， 并置 busy=l。 程序 I/O方式 中斷驅(qū)動(dòng) I/O控制方式 直接存儲(chǔ)器訪問 DMA控制方式 I/O通道控制方式 I/O控制方式 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 在早期的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中 ， 由于沒有中斷機(jī)構(gòu) ， 處理機(jī)對(duì) I/O設(shè)備直接進(jìn)行控制 ， 采取程序 I/O（ Programmed I/O） 方式 或稱為忙 等待方式 。 一般可分為：程序 I/O方式 、 中斷方式 、 DMA方式和通道方式 。 一般可以利用假脫機(jī)技術(shù) （ SPOOLing技術(shù) ） 實(shí)現(xiàn)虛擬設(shè)備 。 共享設(shè)備不僅可以獲得良好的設(shè)備利用率 ， 而且是實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng)和 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ) 。 顯然 ， 共享設(shè) 備必須是可尋址的和可隨機(jī)訪問的設(shè)備 。 因?yàn)楠?dú)占 設(shè)備屬于臨界資源 ， 所以多個(gè)并發(fā)進(jìn)程必須互斥地進(jìn)行訪問 。字符設(shè)備的基本特征是： ① 傳輸速率較低； ② 不可尋址，即不 能指定輸入時(shí)的源地址或輸出時(shí)的目標(biāo)地址； ③ 字符設(shè)備的 I／ O常 采用中斷驅(qū)動(dòng)方式。這類設(shè)備一般用 于數(shù)據(jù)的輸入和輸出，有交互式終端、打印機(jī)等。典型的塊設(shè)備 是磁盤，每個(gè)盤塊的大小為 512B～ 4KB，磁盤設(shè)備的基本特征是： ① 傳輸速率較高，通常每秒鐘為幾兆位； ② 它是可尋址的，即可隨 機(jī)地讀 /寫任意一塊； ③ 磁盤設(shè)備的 I/O采用 DMA方式。這類設(shè)備用 于存儲(chǔ)信息，有磁盤和磁帶等。 典型的設(shè)備有磁帶機(jī) 、 磁盤機(jī) 、 光盤機(jī)等 。 典型的設(shè)備有鍵盤 、 鼠標(biāo) 、 語(yǔ)音的輸入等； ? 中速設(shè)備 指?jìng)鬏斔俾试诿棵腌姅?shù)千個(gè)字節(jié)至數(shù)十千個(gè)字節(jié)的設(shè)備 。 I/O系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 終端 打印機(jī) 多 路 通道 存儲(chǔ)器 CPU 選擇通道 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 一． I/O設(shè)備的類型 I/O設(shè)備的種類繁多 ， 從 OS觀點(diǎn)來(lái)看 ， 其重要的性能指標(biāo) 有：數(shù)據(jù)傳輸速率 、 數(shù)據(jù)的傳輸單位 、 設(shè)備的共享屬性等 。 第七章 設(shè)備管理 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 I/O系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) I/O設(shè)備 設(shè)備控制器 I/O系統(tǒng)的組成 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 一、微型機(jī) I/O系統(tǒng) 微型計(jì)算機(jī)是以總線為紐帶來(lái)構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，中央處理 機(jī)（ CPU）、存儲(chǔ)器、 I／ O設(shè)備（包括外存磁盤、磁帶）都掛 接在總線。 第七章 設(shè)備管理 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 ? 重點(diǎn) ? 設(shè)備控制器的功能和組成； ? I/O控制方式； ? 設(shè)備獨(dú)立性的概念； ? SPOOLing系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)； ? 中斷處理程序的處理過程。 對(duì)于具有通道的系統(tǒng)，設(shè)備管理程序根據(jù)用戶提出的 I/O請(qǐng)求，生成相應(yīng)的通道程序并提交給通道，然后用專門 的通道指令啟動(dòng)通道，對(duì)指定的設(shè)備進(jìn)行 I/O操作，并能響 應(yīng)通道的中斷請(qǐng)求。這樣設(shè)備管理程序又要負(fù)責(zé)管理緩沖區(qū)的 建立、分配和釋放。 第七章 設(shè)備管理 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 ? 設(shè)備管理功能 ? 設(shè)備分配 指設(shè)備管理程序按照一定的算法把某一個(gè) I/O設(shè)備、及 其相應(yīng)的設(shè)備控制器和通道分配給某一用戶（進(jìn)程），對(duì) 于未分配到的進(jìn)程，則插入等待隊(duì)列中。 所謂統(tǒng)一 ， 是指對(duì)不同的設(shè)備盡量使用統(tǒng)一的操作方式 ， 例如各 種字符設(shè)備用一種 I/O操作方式 。華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 ? 設(shè)備管理的目標(biāo) ? 提高設(shè)備的利用率 為此 ， 應(yīng)盡量提高 CPU與 I/O設(shè)備之間的并行操作程度 ， 主要利用 的技術(shù)有：中斷技術(shù) 、 DMA技術(shù) 、 通道技術(shù) 、 緩沖技術(shù) 。 ? 為用戶提供方便 、 統(tǒng)一的界面 所謂方便 ， 是指用戶能獨(dú)立于具體設(shè)備的復(fù)雜物理特性之外而方 便地使用設(shè)備 。 這就要求用戶操作的是簡(jiǎn)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 。 ? 緩沖區(qū)管理 為了解決 CPU與 I/O之間速度不匹配的矛盾，在它們之間 配置了緩沖區(qū)。 第七章 設(shè)備管理 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 ? 實(shí)現(xiàn)物理 I/O設(shè)備的操作 對(duì)于未設(shè)置通道的系統(tǒng)，設(shè)備管理程序直接驅(qū)動(dòng)設(shè)備進(jìn) 行 I/O操作。 第七章 設(shè)備管理 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 ? 內(nèi)容 ? 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 第七章 設(shè)備管理 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 ? 目的及要求 ? 了解 I/O系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和 I/O設(shè)備的類型，領(lǐng)會(huì)設(shè)備控制器的功能和組成； ? 理解并掌握 I/O控制方式； ? 了解引入緩沖的原因，領(lǐng)會(huì)單緩沖、雙緩沖、循環(huán)緩沖以及緩沖池機(jī)制； ? 領(lǐng)會(huì)設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，掌握設(shè)備獨(dú)立性的概念； ? 領(lǐng)會(huì)獨(dú)占設(shè)備的分配程序，掌握 SPOOLing系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)； ? 了解設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能和特點(diǎn)，領(lǐng)會(huì)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的處理過程與中斷處理程序的處理過程。 ? 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系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) CPU DMA 打印機(jī) 終端 存儲(chǔ)器 磁盤控制器 打印機(jī)控制器 終端控制器 磁盤驅(qū)動(dòng)器 華北電力大學(xué)計(jì)算機(jī)系 二． 主機(jī) I/O系統(tǒng) 大、中、小型計(jì)算機(jī)以存儲(chǔ)器為中心， CPU和各種通道都 與存儲(chǔ)器相連。 1. 按傳輸速率分類 ? 低速設(shè)備 指?jìng)鬏斔俾蕿槊棵腌妿讉€(gè)字節(jié)到數(shù)百個(gè)字節(jié)的設(shè)備 。 典型的設(shè)備有行式打印機(jī) 、 激光打印機(jī)等； ? 高速設(shè)備 指?jìng)鬏斔俾试跀?shù)百千個(gè)字節(jié)至數(shù)十兆字節(jié)的設(shè)備 。 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。它屬于有結(jié)構(gòu)設(shè)備。 ? 字符設(shè)備（ Character Device） 指以單個(gè)字符為單位來(lái)傳送數(shù)據(jù)信息的設(shè)備。它屬于無(wú)結(jié)構(gòu)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 。 ? 共享設(shè)備 指在一段時(shí)間內(nèi)允許多個(gè)進(jìn)程同時(shí)訪問的設(shè)備 。 典型的共享設(shè)備是磁盤 。 ? 虛擬設(shè)備 指通過虛擬技術(shù)將一臺(tái)獨(dú)占設(shè)備變換為若干臺(tái)供多個(gè)用戶 （ 進(jìn) 程 ） 共享的邏輯設(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 。 I/O的控制方式發(fā)展的目標(biāo)是 盡量減少主機(jī)對(duì) I/O控制的干預(yù) 。 即在 CPU向設(shè)備控制器發(fā)出一條 I/O指令啟動(dòng) I/O設(shè)備進(jìn)行 數(shù)據(jù)傳輸時(shí) ， 要同時(shí)把狀態(tài)寄存器中的忙 /閑標(biāo)志 busy置為 1. 然后便不斷地循環(huán)測(cè)試 busy。 在程序 I/O方式中，由于 CPU的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 I/O設(shè)備，導(dǎo) 致 CPU的絕大部分時(shí)間都處于等待 I/O設(shè)備完成而循環(huán)測(cè)試之中 ，造成了 CPU的極大浪費(fèi)。 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