设备管理培训课程(PPT 96页)

第九章 设备管理
9.1.1 设备的类别
按设备的使用特性分类
➢ 存储设备 ➢ 输入输出设备 ➢ 终端设备 ➢ 脱机设备
第九章 设备管理
图9.1 按使用特性对外部设备的分类
第九章 设备管理
9.1.1 设备的类别
按设备的从属关系分类
➢ 系统设备 在OS生成时就已配置好的各种标准设备
➢ 用户设备 由用户自己安装配置后由OS统一管理的
第九章 设备管理
9.2.4 通道控制方式
通道有它自己的指令系统，用这些指令编 写的程序叫通道程序，通道只能执行通道 程序，不可能执行用户进程。
➢ 块设备 ： I/O传输的单位是块，如磁盘、 磁带。速率高（几兆）
第九章 设备管理
9.1.2 设备管理的功能和任务
设备管理的主要任务：
1. 选择和分配I/O设备以便进行数据传输操作 2. 控制I/O设备和CPU(或内存)之间交换数据 3. 为用户提供一个友好的透明接口，使得用户
在编制程序时，使用逻辑设备名，由系统实 现从逻辑设备到物理设备（实际设备）的转 换。用户能独立于具体物理设备而方便的使 用设备
第九章 设备管理
9.2.4 通道控制方式
DMA方式相类似，也是一种内存和设备直接进 行数据交换的方式。与DMA方式不同的是，在 通道控制方式中，数据传送方向、存放数据的 内存始址及传送的数据块长度均由一个专门负 责输入/输出的硬件——通道来控制。另外， DMA方式每台设备至少需要一个DMA控制器， 而通道控制方式中，一个通道可控制多台设备 与内存进行数据交换。
✓ 系统开销小，所需的处理控制程序少 ✓ 能充分发挥硬件资源的能力，使得
I/O设备尽量忙，而CPU等待时间少
第九章 设备管理
9.2.1 程序直接控制方式
控制者是用户进程。 由程序直接控制内存或CPU和外围设备之间
进行信息传送的方式。通常又称为“忙— 等”方式或循环测试方式 在数据传送过程中，必不可少的一个硬件设 备是I/O控制器
传送结构图9.3 工作过程图9.4
第九章 设备管理
9.2.2 中断控制方式
分析：同前相比，CPU利用率大大提高，能支 持多道程序和设备的并行操作 缺点： 在一次数据传送过程中，发生中断的次数较 多，消耗CPU处理时间 外围设备多，中断次数多会造成CPU无法响应 中断和出现数据丢失现象
第九章 设备管理
设备
第九章 设备管理
9.1.1 设备的类别
按设备的传输速率分类
➢ 低速设备：每秒几个到数百字节。如 Modem
➢ 中速设备：每秒数千到数万字节。如打 印机
➢ 高速设备：每秒数百K到数兆。如磁盘、 磁带
第九章 设备管理
9.1.1 设备的类别
按信息交换的单位分类
➢ 字符设备：I/O传输的单位是字节，如打 印机、modem等。速率较低
第九章 设备管理
9.1 引言 9.2 数据传送控制方式 9.3 中断技术 9.4 缓冲技术 9.5 设备分配 9.6 I/O进程控制 9.7 设备驱动程序
第九章 设备管理
9.1 引言
除了CPU和内存之外，其他大部分硬设备称 为外部设备
随着发展，外部设备开始走向多样化、复杂 化和智能化，OS的设备管理变的更加复杂
第九章 设备管理
9.1.2 设备管理的功能和任务
设备管理的主要任务：
4. 提高设备和设备之间、CPU和设备 之间，以及进程之间的并行操作度， 以使OS获得最佳效率
第九章 设备管理
9.1.2 设备管理的功能和任务
设备管理的主要功能
1. 提供和进程管理系统的接口 2. 进行设备分配 3.实现设备和设备、设备和CPU等之 间的并行操作 4. 进行缓冲区管理
在DMA控制器的控制下，设备同主存之 间可成批交换数据，不用CPU干预
第九章 设备管理
9.2.3 DMA方式
DMA方式的传送结构
图9.5
DMA方式的数据传送过程 图9.6
第九章 设备管理
9.2.3 DMA方式
DMA方式与中断的主要区别
1. 中断方式是在数据缓冲寄存区满后，发中断请求， CPU进行中断处理 DMA方式则是在所要求传送的数据块全部传送结 束时要求CPU进行中断处理 大大减少了CPU进行中断处理的次数 2. 中断方式的数据传送是由CPU控制完成的 而DMA方式则是在DMA控制器的控制下不经过 CPU控制完成的
9.2.2 中断控制方式
如果外围设备的速度也非常高，则可能 造成数据缓冲寄存器的数据由于CPU来不及 取走而丢失
为减少中断对CPU造成的负担，可采用 DMA方式和通道方式
第九章 设备管理
9.2.3 DMA方式
DMA方式又称直接存储器访问（Direct Memory Access）方式。
基本思想是在外设和主存之间开辟直接 的数据交换通路。
第九章 设备管理
9.2.4 通道控制方式
为使中央处理机从繁忙的I/O处理中摆脱出 来，现代大、中型计算机系统中设置了专门 的处理I/O操作的处理机，并把这种处理机 称为通道。通道在CPU的控制下独立地执行 通道程序，对外部设备的I/O操作进行控制， 以实现内存与外设之间成批的数据交换。 通道=I/O处理机
第九章 设备管理
9.2 数据传送控制方式
外围设备和内存之间的常用数据传送控制 方式有4种。即：
(1) 程序直接控制方式； (2) 中断控制方式； (3) DMA方式； (4) 通道方式。
第九章 设备管理
9.2 数据传送控制方式
选择和衡量控制方式的原则：
✓ 数据传送速度足够高，满足用户的需 要但不丢失数据
9.2.1 程序直接控制方式
控制简单，需要的硬件支持少 缺点： CPU和外围设备只能串行工作，CPU的利用
率低 不能实现设备之间的并行工作 适用CPU执行速度慢且外围设备较少的系统
第九章 设备管理
9.2.2 中断控制方式
要求CPU与设备之间有相应的中断 请求线，在设备控制器的控制状态寄 存器中有相应的中断位
第九章 设备管理
9.2.1 程序直接控制方式
I/O 控制器是OS同硬件之间的接口，它接收
CPU的命令，并控制I/O设备进行实际的操
作.它有两个寄存器：数据缓冲寄存器、控制
寄存器。控制寄存器有几个重要的信息位：
启动位、完成位、忙位。
CPU
控 制
控制寄存器
逻ຫໍສະໝຸດ Baidu辑
数据寄存器
外 部 设 备
I/O控制器
第九章 设备管理