设备管理
(学生自行阅读)
1.1 I/O系统的结构
一、微型机I/O系统——总线I/O系统结构
二、 主机I/O系统——通道I/O系统结构
1.2 I/O设备
一、I/O设备的类型
1.按传输速率分
低速设备——几个~数百个 B/S
中速设备——数K~数十KB/S
高速设备——数百K~数MB/S
2.按信息交换的单位分类
块设备——用于存储信息,信息的存取以数据块为单位。特征:传输速率较高;可寻址;采用DMA方式
字符设备——用于数据的输入和输出,基本单位是字符。特征:传输速率较低;不可寻址;采用中断驱动方式。
3.按设备的共享属性分类
独占设备——一段时间内只允许一个用户(进程)访问的设备。
共享设备——一段时间内允许多个进程同时访问的设备。
虚拟设备——通过虚拟技术将一台独占设备变换为若干台逻辑设备。
二、设备与控制器之间的接口
数据信号;控制信号;状态信号
1.3 设备控制器
一、设备控制器的功能
1.接收和识别命令
2.数据交换
3.设备状态的了解和报告
二、设备控制器的组成
1.设备控制器与处理机的接口
2.设备控制器与设备的接口
3.I/O逻辑
1.4 I/O通道
一、通道设备的引入
二、通道类型
1.字节多路通道(Byte Multiplexor Channal)
2.数组选择通道(Block Selector Channal)
3.数组多路通道
三、“瓶颈”问题
二、 I/O控制方式
(学生自行阅读,着重介绍通道方式)
一、程序I/O方式
二、中断驱动I/O控制方式
三、 直接存储器访问DMA控制方式
1. DMA控制方式的引入
2. DMA控制器的组成
命令/状态寄存器CR、内存地址寄存器MAR、数据寄存器DR、数据计数器DC
3. DMA工作过程
四、I/O通道控制方式
1. I/O通道控制方式的引入
2. 通道程序
三、 缓冲管理
1.缓冲的引入
缓和CPU和I/O设备速度不匹配的矛盾;
减少对CPU的中断频率,放宽对中断响应时间的限制;
提高CPU和I/O设备之间的并行性。
2.单缓冲
3.双缓冲
4. 循环缓冲
⑴组成——多个缓冲区、多个指针
⑵缓冲区的使用——Getbuf过程、Releasebuf过程
⑶进程同步——Nexti指针追上Nextg指针、Nextg指针追上Nexti指针
5. 缓冲池
⑴缓冲池的组成——空缓冲队列emq、输入队列inq、输出队列outq
⑵Getbuf过程和Putbuf过程
⑶缓冲区的工作方式——收容输入工作方式、提取输出工作方式、收容输出工作方式、提取输出工作方式
四、设备分配
1.设备分配中的数据结构
逻辑设备表(LUT)→系统设备表(SDT)→设备控制表(DCT)→控制器控制表(COCT)→通道控制表(CHCT)
2.设备分配时应考虑的若干因素
⑴考虑设备的固有属性
独享设备、共享设备、虚拟设备
⑵设备分配算法:
先来先服务、优先级高者优先
⑶设备分配的安全性
安全分配方式
不安全分配方式
3.设备独立性
⑴设备独立性
设备独立性概念:应用程序独立于具体使用的物理设备
设备独立性优点:设备分配时的灵活性;易于实现I/O重定向
⑵设备独立性软件
完成功能:执行所有设备的公有操作;向用户层(或文件层)软件提供统一的接口
⑶逻辑设备名到物理设备名映射的实现
逻辑设备表(LUT);LUT的设置问题——整个系统设置一张LUT、每个用户设置一张LUT
4.独占设备的分配程序
⑴基本的设备分配程序
分配设备
分配控制器
分配通道
⑵设备分配程序的改进
增加设备的独立性
考虑多通路情况
5.SPOOLING技术
⑴什么是SPOOLING——(Simultaneous Peripheral Operations On-Line)假脱机操作
⑵SPOOLING系统的组成
输入井和输出井、输入缓冲区和输出缓冲区、输入进程和输出进程
⑶共享打印机
⑷SPOOLING系统的特点
提高了I/O速度、将独占设备改造为共享设备、实现了虚拟设备功能
五、设备处理
1.设备驱动程序的功能和特点
⑴设备驱动程序的功能
⑵设备处理方式
⑶设备驱动程序的特点
2.设备驱动程序的处理过程
将抽象要求转换为具体要求;
检查I/O请求的合法性;
读出和检查设备的状态;
传送必要的参数;
方式的设置;
启动I/O设备。
3.中断处理程序的处理过程
唤醒被阻塞的驱动程序进程;
保护被中断进程的CPU环境;
分析中断的原因、转入相应的设备中断处理程序;
进行中断处理;
恢复被中断进程的现场。
