文档介绍：1第第6 6章章设备管理设备管理主要内容: I/ O 硬件概念,设备控制器, I/ O 控制方式,缓冲技术,设备的使用方法, I/ O 层次结构,磁盘管理。重点: I/ O 控制方式,缓冲区的种类,设备分配。难点: 磁盘调度策略。 2 I/O I/O 硬件概念硬件概念 常见常见 I/O I/O 设备的分类设备的分类?人-机交互设备( 字节设备,发送接收以字节方式); ?存储类型设备( 块设备,读写以数据块方式); ?网络通信的设备(网络接口,调制解调器)。 I/O 设备的特点: ?数据传输速率不同; ?数据传输单位不同; ?控制的复杂性不同; ?设备的使用目的不同。 3 设备控制器( 设备控制器( I/O I/O 部件) 部件) ?I/O 设备通常包含一个机械部件和一个电子部件。电子部件被称做 I/O 部件或设备控制器(当控制多设备时:又叫总线控制器, 通道控制器)。?操作系统一般只与控制器打交道,而非设备本身。?早期 CPU 是直接控制外部设备的,在引入 I/O 部件之后,才将 CPU 逐渐从与外设的交互细节中解放出来。 4 PCI 总线控制器处理机(CPU ) 主存显卡 SCSI 控制器外设控制器控制器控制器连接 CPU 、主存、设备控制器和 I/O 设备模型磁带磁盘外设 SCSI 总线主板总线设备控制器的功能: 1、接收和识别来自 CPU 的各种命令;2、实现 CPU 与设备控制器、设备控制器与设备之间的数据交换;3、记录设备的状态供 CPU 查询; 4、识别控制器的每个设备的地址; 5 控制器的任务是在外部设备与 CPU (内存)之间完成比特流(外部信号)和字节流(块)之间的转换。磁盘控制器主存比特流字节块转换、校验 CRT 控制器主存显示信号字节流转换 6 每个控制器都有一些用来与 CPU 通信的 I/O 寄存器。操作系统通过向这些寄存器写命令字来执行 I/O 功能。 3D0 – 3DF 彩色显示器 3F0 – 3F7 软盘 378 – 37F 打印机 320 – 32F 硬盘 060 - 063 键盘 IBM PC 的I/O 地址内存 0 k n控制器寄存器 7 I/O I/O 控制方式控制方式(1)程序直接控制方式 CPU 直接控制 I/O 操作的全过程,包括测试设备状态、发送读写命令、传输数据。处理机指令集应包括下述指令: ?控制类?测试类?读写类 I/O 。示例: 从外存读数据块到内存(见下一页) 8 向I/O 部件发读命令读I/O 部件状态寄存器从I/O 部件读字数据将该字写入内存未OKOK出错 OK下一指令未OK 检查状态该块读完? 9 (2)中断控制方式优点: CPU 不必反复测试,节约了时间。缺点: 仍然消耗大量的 CPU 时间 10 (3)DMA 方式 DMA 方式的思想: DMA (直接内存存取)负责完成整个 I/O 操作,无需再经 CPU 寄存器转发,并在全部传输结束后向 CPU 发中断信号。给DMA 的命令中应包括: ①操作类别②I/O 设备的地址③读写数据在内存中的首地址④字数。向DMA 部件发读命令读取 DMA 部件状态中断中断后续处理注意: DMA 的功能可以以独立的 DMA 部件在系统 I/ O 总线上完成,也可整合到 I/ O 部件中完成。缺点: DMA 部件需与 CPU 竞争控制总线。