計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)原理.ppt

1 第五章??? 設(shè)備管理 教學(xué)目的和要求： 使學(xué)生了解操作系統(tǒng)處理用戶I/O請求的基本過程。要求理解緩沖技術(shù)的概念。了解操作系統(tǒng)處理用戶I/O請求的基本過程、設(shè)備管理程序功能、設(shè)備驅(qū)動程序、設(shè)備分配技術(shù)。掌握I/O控制方式、設(shè)備分配的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及分配程序、Spooling系統(tǒng)。熟練掌握通道、緩沖、設(shè)備獨(dú)立性的概念、磁盤調(diào)度算法。 重點(diǎn)難點(diǎn)： I/O控制方式、設(shè)備分配的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及分配程序、Spooling系統(tǒng)、磁盤調(diào)度算法。 第一節(jié)??? 輸入輸出系統(tǒng) I/O設(shè)備 設(shè)備控制器 I/O通道 總線系統(tǒng) 1、I/O設(shè)備 I/O設(shè)備的類型 按傳輸速率分類：低速、中速、高速設(shè)備 按信息交換單位分類：塊設(shè)備、字符設(shè)備 按設(shè)備的共享屬性：獨(dú)占、共享、虛擬設(shè)備 2、設(shè)備控制器 一些設(shè)備會有機(jī)械和電子兩部分。電子部分稱為設(shè)備控制器。它是CPU和設(shè)備之間的接口。 3、I/O通道 通道 通道是專門用于處理I/O的處理機(jī)，它控制內(nèi)存和外設(shè)直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 目的：減輕CPU的負(fù)擔(dān) 工作方式：CPU向通道發(fā)送I/O命令，通道執(zhí)行通道程序，完成I/O后向CPU發(fā)送中斷信號。 通道與一般處理機(jī)的不同： 指令類型單一，僅能執(zhí)行I/O指令。 通道沒有自己的內(nèi)存，通道程序放在主存中。 4、總線系統(tǒng) 系統(tǒng)總線 連接CPU、存儲器、I/O設(shè)備(接口)等的紐帶； 總線的性能評價(jià)：時(shí)鐘頻率、帶寬、傳輸速率。 ISA和EISA總線 ISA：1984年，帶寬：8位 ? 16位，最高傳輸速率：2~16Mbps，能連接12臺設(shè)備。 EISA：1989年，帶寬： 32位，最高傳輸速率：32Mbps，能連接12臺設(shè)備。 局部總線(Local Bus) 定義：將多媒體卡、高速LAN網(wǎng)卡、高性能圖形板等從ISA總線上卸下來，在通過局部總線控制器直接接到CPU總線上，使之與高速CPU總線相匹配。 VESA總線：總線帶寬為32位，最高傳輸速率：132Mbps，能連接2~4臺設(shè)備，控制器中無緩沖； PCI總線：支持64位系統(tǒng)，最高傳輸速率：500Mbps，能支持10種外設(shè)，有一個(gè)復(fù)雜的管理層，管理層中配有數(shù)據(jù)緩沖。 第二節(jié)??? 輸入輸出控制方式 程序I/O方式 中斷驅(qū)動I/O方式 DMA控制方式 I/O通道控制方式 1、程序I/O方式 忙——等待方式 CPU向控制器發(fā)指令，啟動I/O設(shè)備輸入數(shù)據(jù)時(shí)，同時(shí)把狀態(tài)寄存器中的狀態(tài)標(biāo)志busy置1； 然后不斷地循環(huán)測試busy。 如果busy=1，說明I/O設(shè)備忙，CPU再進(jìn)行下一輪檢測； 如果busy=0，說明I/O操作結(jié)束，CPU執(zhí)行下一條指令。 2、中斷驅(qū)動I/O方式 中斷驅(qū)動I/O過程 啟動：由CPU根據(jù)進(jìn)程的I/O請求，向設(shè)備控制器發(fā)出一條I/O命令；此后CPU繼續(xù)執(zhí)行其它進(jìn)程，即CPU與外設(shè)并行工作。 I/O設(shè)備完成操作后，由控制器通過控制線向CPU發(fā)送一中斷信號，由CPU檢查I/O操作是否正確，…… 優(yōu)點(diǎn)——系統(tǒng)效率高： 并行工作、用極少的時(shí)間處理中斷 缺點(diǎn)：設(shè)備與CPU之間的數(shù)據(jù)交換仍以字(節(jié))為單位。 3、直接存儲器訪問DMA I/O控制方式 DMA(Direct Memory Access)控制方式的引入 適應(yīng)一次傳送大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用要求； 盡量減少CPU對高速外設(shè)的干預(yù)； 該方式的特點(diǎn)： 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締挝皇菙?shù)據(jù)塊。 所傳送的數(shù)據(jù)是從設(shè)備直接送入內(nèi)存，或者相反 僅在傳送一個(gè)數(shù)據(jù)塊的開始和結(jié)束時(shí)，才需要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 DMA控制器的組成 命令/狀態(tài)寄存器CR 內(nèi)存地址寄存器MAR 數(shù)據(jù)寄存器DR: 暫存從設(shè)備到內(nèi)存的數(shù)據(jù)，或反之 數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器DC: 存放本次CPU要讀或?qū)懙淖?節(jié))數(shù) DMA工作過程(以磁盤數(shù)據(jù)讀入為例) CPU向磁盤控制器發(fā)送:讀命令到CR中、內(nèi)存的目標(biāo)起址到MAR中、數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)到DC中、磁盤中的源地址到控制器的控制邏輯上； 啟動DMA控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。此后，CPU可以執(zhí)行其它任務(wù)； DMA控制器按照命令傳送數(shù)據(jù)：先從磁盤讀入一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)送入DR后，再傳送到內(nèi)存中。 修改并檢查DC中的數(shù)值：若DC中的值不為0，則繼續(xù)傳送下一個(gè)字節(jié)；為0，則發(fā)出一個(gè)中斷請求。 4、I/O通道控制方式 I/O通道控制方式的引入 進(jìn)一步減少CPU對I/O操作的干預(yù)； 以多個(gè)塊為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送； 一次傳送多組數(shù)據(jù)到多個(gè)不同的內(nèi)存區(qū)域。 通道程序 通道是通過執(zhí)行通道程序，并與設(shè)備控制器共同實(shí)現(xiàn)對I/O設(shè)備的控制的。 通道程序由一系列通道指令(通道命令)構(gòu)成。 第三節(jié)??? 緩沖管理 緩沖的引入 單緩沖和雙緩沖 循環(huán)緩沖 緩沖池 1、緩沖的引入 緩和CPU與I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾 減少對CPU的中斷頻率，放寬對CPU中斷響應(yīng)時(shí)間的限制 單緩沖 在

總結(jié)

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