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1 第五章??? 設備管理 教學目的和要求： 使學生了解操作系統處理用戶I/O請求的基本過程。要求理解緩沖技術的概念。了解操作系統處理用戶I/O請求的基本過程、設備管理程序功能、設備驅動程序、設備分配技術。掌握I/O控制方式、設備分配的數據結構及分配程序、Spooling系統。熟練掌握通道、緩沖、設備獨立性的概念、磁盤調度算法。 重點難點： I/O控制方式、設備分配的數據結構及分配程序、Spooling系統、磁盤調度算法。 第一節??? 輸入輸出系統 I/O設備 設備控制器 I/O通道 總線系統 1、I/O設備 I/O設備的類型 按傳輸速率分類：低速、中速、高速設備 按信息交換單位分類：塊設備、字符設備 按設備的共享屬性：獨占、共享、虛擬設備 2、設備控制器 一些設備會有機械和電子兩部分。電子部分稱為設備控制器。它是CPU和設備之間的接口。 3、I/O通道 通道 通道是專門用于處理I/O的處理機，它控制內存和外設直接進行數據交換。 目的：減輕CPU的負擔 工作方式：CPU向通道發送I/O命令，通道執行通道程序，完成I/O后向CPU發送中斷信號。 通道與一般處理機的不同： 指令類型單一，僅能執行I/O指令。 通道沒有自己的內存，通道程序放在主存中。 4、總線系統 系統總線 連接CPU、存儲器、I/O設備(接口)等的紐帶； 總線的性能評價：時鐘頻率、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臺設備。 EISA：1989年，帶寬： 32位，最高傳輸速率：32Mbps，能連接12臺設備。 局部總線(Local Bus) 定義：將多媒體卡、高速LAN網卡、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臺設備，控制器中無緩沖； PCI總線：支持64位系統，最高傳輸速率：500Mbps，能支持10種外設，有一個復雜的管理層，管理層中配有數據緩沖。 第二節??? 輸入輸出控制方式 程序I/O方式 中斷驅動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向控制器發指令，啟動I/O設備輸入數據時，同時把狀態寄存器中的狀態標志busy置1； 然后不斷地循環測試busy。 如果busy=1，說明I/O設備忙，CPU再進行下一輪檢測； 如果busy=0，說明I/O操作結束，CPU執行下一條指令。 2、中斷驅動I/O方式 中斷驅動I/O過程 啟動：由CPU根據進程的I/O請求，向設備控制器發出一條I/O命令；此后CPU繼續執行其它進程，即CPU與外設并行工作。 I/O設備完成操作后，由控制器通過控制線向CPU發送一中斷信號，由CPU檢查I/O操作是否正確，…… 優點——系統效率高： 并行工作、用極少的時間處理中斷 缺點：設備與CPU之間的數據交換仍以字(節)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 適應一次傳送大量數據的應用要求； 盡量減少CPU對高速外設的干預； 該方式的特點： 數據傳輸的基本單位是數據塊。 所傳送的數據是從設備直接送入內存，或者相反 僅在傳送一個數據塊的開始和結束時，才需要CPU干預，整塊數據的傳送是在控制器的控制下完成的 DMA控制器的組成 命令/狀態寄存器CR 內存地址寄存器MAR 數據寄存器DR: 暫存從設備到內存的數據，或反之 數據計數器DC: 存放本次CPU要讀或寫的字(節)數 DMA工作過程(以磁盤數據讀入為例) CPU向磁盤控制器發送:讀命令到CR中、內存的目標起址到MAR中、數據字節數到DC中、磁盤中的源地址到控制器的控制邏輯上； 啟動DMA控制器進行數據傳送。此后，CPU可以執行其它任務； DMA控制器按照命令傳送數據：先從磁盤讀入一個字節的數據送入DR后，再傳送到內存中。 修改并檢查DC中的數值：若DC中的值不為0，則繼續傳送下一個字節；為0，則發出一個中斷請求。 4、I/O通道控制方式 I/O通道控制方式的引入 進一步減少CPU對I/O操作的干預； 以多個塊為單位進行數據傳送； 一次傳送多組數據到多個不同的內存區域。 通道程序 通道是通過執行通道程序，并與設備控制器共同實現對I/O設備的控制的。 通道程序由一系列通道指令(通道命令)構成。 第三節??? 緩沖管理 緩沖的引入 單緩沖和雙緩沖 循環緩沖 緩沖池 1、緩沖的引入 緩和CPU與I/O設備間速度不匹配的矛盾 減少對CPU的中斷頻率，放寬對CPU中斷響應時間的限制 單緩沖 在

總結

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