考研辅导之操作系统5PPT格式课件下载.ppt

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511I/O设备设备按传输速率分按传输速率分：

低速设备（键盘）、中速设备（打印机）和高速：

低速设备（键盘）、中速设备（打印机）和高速设备（磁盘机）；

设备（磁盘机）；

按信息交换的单位分按信息交换的单位分：

块设备（磁盘）和字符设备（如显示器，：

块设备（磁盘）和字符设备（如显示器，此类设备具有传输速率低、不可寻址、采用中断驱动方式等特征）；

此类设备具有传输速率低、不可寻址、采用中断驱动方式等特征）；

按设备的共享属性分按设备的共享属性分：

独占设备：

在一段时间内只允许一个用户访问的设备，如打印机。

共享设备：

在一段时间内允许多个用户同时访问的设备，如磁盘。

虚拟设备：

是指通过虚拟技术将一台物理设备变换成的若干台逻虚拟设备：

是指通过虚拟技术将一台物理设备变换成的若干台逻辑设备。

辑设备。

5.1I/O5.1I/O系系统统512设备控制器设备控制器设设备备控控制制器器是是CPUCPU与与I/OI/O设设备备之之间间的的接接口口，它它接接收收从从CPUCPU发发出出的的命命令令去去控控制制I/OI/O设设备备工工作作。

设设备备控控制制器器是是可可编编址址设设备备，根根据据其其控控制制设设备备的的不不同同可可分分为为用用于于控控制制字字符符设设备备的的控控制制器器；

用用于于控控制制块块设设备备的的控制器。

控制器。

11设备控制器的组成设备控制器的组成ll设备控制器与处理机的接口设备控制器与处理机的接口ll设备控制器与设备的接口设备控制器与设备的接口llI/OI/O逻辑逻辑22设备控制器的功能设备控制器的功能接收和识别命令接收和识别命令数据交换数据交换设备状态的了解和报告设备状态的了解和报告地址识别地址识别数据缓冲数据缓冲差错控制差错控制5.1I/O5.1I/O系系统统513I/O通道通道11通道的引入通道的引入设设备备控控制制器器虽虽然然已已能能实实现现在在I/OI/O过过程程中中减减少少CPUCPU的的干干预预，但但当当主主机机所所配配置置的的外外设设很很多多时时CPUCPU的的负负担担仍仍然然很很重重，因因此此，在在CPUCPU与与设设备备之之间间又又增增加加了了通通道道，其其目目的的是是使使一一些些原来由原来由CPUCPU处理的处理的I/OI/O任务转由通道处理。

任务转由通道处理。

通道是一种特殊的处理机，其特殊性表现为通道是一种特殊的处理机，其特殊性表现为:

指令类型单一；

没有自己的内存。

5.1I/O5.1I/O系系统统计算机计算机设备设备1I/O通道通道1I/O通道通道2控制器控制器控制器控制器控制器控制器控制器控制器设备设备8设备设备2设备设备3设备设备4设备设备5设备设备6设备设备733“瓶颈瓶颈”问问题题“瓶颈瓶颈”问问题是指由于通道题是指由于通道数量不足而使数量不足而使I/OI/O效率降低，效率降低，进而造成整个系进而造成整个系统吞吐量的下降。

统吞吐量的下降。

其解决的有效方其解决的有效方法是增加设备到法是增加设备到主机间的通路，主机间的通路，而不增加通道。

而不增加通道。

513I/O通道通道5.1I/O5.1I/O系系统统5.2I/O5.2I/O控制方式控制方式

（1）

（1）早期的计算机系统无中断机构，早期的计算机系统无中断机构，CPUCPU采用这种方采用这种方式控制式控制I/OI/O操作，该方式又叫操作，该方式又叫忙等待忙等待方式。

方式。

（2）

（2）在程序在程序I/OI/O方式中，由于方式中，由于CPUCPU的高速性和的高速性和I/OI/O设备设备的低速性，的低速性，致使致使CPUCPU的绝大部分时间都处于等待的绝大部分时间都处于等待I/OI/O设设备完成数据备完成数据I/OI/O的循环测试中，的循环测试中，造成对造成对CPUCPU的极大浪费。

的极大浪费。

（3）（3）在该方式中，在该方式中，CPUCPU之所以要不断地测试之所以要不断地测试I/OI/O设备设备的状态，就是因为在的状态，就是因为在CPUCPU中无中断机构，中无中断机构，使使I/OI/O设备无设备无法向法向CPUCPU报告它已完成了一个字符的输入操作。

报告它已完成了一个字符的输入操作。

521程序程序I/O方式方式下条指令下条指令向向I/O控制器发读命令控制器发读命令读读I/O控制器的状态控制器的状态检查状态？

检查状态？

出错出错从从I/O控制器中读入字控制器中读入字向存储器中写字向存储器中写字传递完成？

传递完成？

完成完成就绪就绪未就绪未就绪CPUI/OI/OCPUI/OCPUCPU内存内存未完未完图图5-55-5程序程序I/OI/O方式的流程方式的流程5.2I/O5.2I/O控制方式控制方式521程序程序I/O方式方式下条指令下条指令向向I/O控制器发读命令控制器发读命令读读I/O控制器的状态控制器的状态检查状态？

完成完成就绪就绪CPUI/OI/OCPUI/OCPUCPU内存内存未完未完CPU做其它事做其它事中断中断522中断驱动中断驱动I/O方式方式5.2I/O5.2I/O控制方式控制方式

（1）当进程要当进程要启动某个启动某个I/O设备设备工作时，由工作时，由CPU想相应的设备控想相应的设备控制器发出一条制器发出一条I/O命令，然后继续命令，然后继续返回工作。

返回工作。

（2）一旦一旦I/O完完成，便向成，便向CPU发发出中断，由出中断，由CPU处理该次处理该次I/O的结的结果果.（3）一次只处一次只处理一个数据。

理一个数据。

设置设置MAR和和DC初值初值启动启动DMA传送命令传送命令挪用存储器周期挪用存储器周期传送数据字传送数据字MARMAR+1DCDC-1DC=0?

请求中断请求中断是是执行用户程序的同时执行用户程序的同时准备下一次传送准备下一次传送否否图图5-7DMA5-7DMA方式的工作流程方式的工作流程523直接存储器访问直接存储器访问DMA控制方式控制方式中中断断驱驱动动方方式式下下的的CPUCPU以以字字（节节）为为单单位位对对I/OI/O进进行行干干预预，效效率率较较低低，故故引引入入DMADMA方方式，其特点如下：

式，其特点如下：

数据传输的基本单位是数数据传输的基本单位是数据块据块数据在设备与内存之间数据在设备与内存之间直接传递直接传递仅在传送一个或多个数据仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时才需块的开始和结束时才需CPUCPU干干预，其余均在控制器的控制预，其余均在控制器的控制下完成下完成5.2I/O5.2I/O控制方式控制方式524I/O通道控制方式通道控制方式11I/OI/O通道控制方式的引入通道控制方式的引入在在DMADMA方式下，方式下，CPUCPU每发出一条每发出一条I/OI/O指令只能去读（写）一个连续的指令只能去读（写）一个连续的数据块，当一次需要去读多个离散的数据块并分别送入不同的内存区数据块，当一次需要去读多个离散的数据块并分别送入不同的内存区域时，则需进行多次中断处理。

域时，则需进行多次中断处理。

I/OI/O通道方式把通道方式把CPUCPU的干预由一个数据的干预由一个数据块减少为一组数据块，并可以实现块减少为一组数据块，并可以实现CPUCPU、通道、通道、I/OI/O设备三者的并行工设备三者的并行工作，更有效地提高了系统的资源利用率。

作，更有效地提高了系统的资源利用率。

22通道程序通道程序由一系列通道指令构成，一条通道指令一般包括以下信息：

由一系列通道指令构成，一条通道指令一般包括以下信息：

a.a.操作码操作码b.b.内存地址内存地址c.c.计数计数d.d.通道程序结束位通道程序结束位PPe.e.记录结束标志记录结束标志RR5.2I/O5.2I/O控制方式控制方式

（1）

（1）缓和缓和CPUCPU与与I/OI/O设备间速度不匹配的矛盾。

设备间速度不匹配的矛盾。

（2）

（2）

（2）

（2）减少对减少对CPUCPU的中断频率，的中断频率，放宽对放宽对CPUCPU中断响应时中断响应时间的限制。

间的限制。

（3）（3）（3）（3）提高提高CPUCPU和和I/OI/O设备之间的并行性。

设备之间的并行性。

5.35.3缓缓冲冲管管理理I/OI/O设备与处理机（内存）交换数据时都用到缓冲区，缓设备与处理机（内存）交换数据时都用到缓冲区，缓冲管理的主要功能是组织好这些缓冲区，并提供获得和释放冲管理的主要功能是组织好这些缓冲区，并提供获得和释放缓冲区的手段。

缓冲区的手段。

531缓冲的引入缓冲的引入5.3.2单缓冲和双缓冲单缓冲和双缓冲1.单缓冲单缓冲（SingleBuffer）图图5-95-9单缓冲工作示意图单缓冲工作示意图5.35.3缓缓冲冲管管理理2.双缓冲双缓冲（DoubleBuffer）图图5-105-10双缓冲工作示意图双缓冲工作示意图5.35.3缓缓冲冲管管理理图图5-115-11双机通信时缓冲区的设置双机通信时缓冲区的设置2.双缓冲双缓冲（DoubleBuffer）5.35.3缓缓冲冲管管理理图图5-125-12循环缓冲循环缓冲5.3.2循环缓冲循环缓冲1循环缓冲的组成循环缓冲的组成ll多个缓冲区多个缓冲区ll多个指针多个指针2缓冲区的使用缓冲区的使用llGetbuf过程过程llReleasebuf过过程程3进程同步进程同步ll系统受计算系统受计算限制限制ll系统受系统受I/O限限制制5.35.3缓缓冲冲管管理理534缓冲池缓冲池11缓冲池的组成缓冲池的组成ll空缓冲队列空缓冲队列ll输入队列输入队列ll输出队列输出队列ll用于收容输入数据的工作缓冲区用于收容输入数据的工作缓冲区ll用于提取输入数据的工作缓冲区用于提取输入数据的工作缓冲区ll用于收容输出数据的工作缓冲区用于收容输出数据的工作缓冲区ll用于提取输出数据的工作缓冲区用于提取输出数据的工作缓冲区5.35.3缓缓冲冲管管理理5.45.4设设备备分分配配5.4.1设备分配中的数据结构设备分配中的数据结构1.1.设备控制表设备控制表DCTDCT图图5-145-14设备控制表设备控制表2.2.控制器控制表、控制器控制表、通道控制表和系统设备表通道控制表和系统设备表图图5-15COCT5-15COCT、CHCT