操作系统课件五电子教案

(1)指令类型单一。(2)通道没有自己内存。
2.通道类型
1)字节多路通道
2)数组选择通道
3)数组多路通道
3. “瓶颈”问题，由于通道数量少，连接的设备多， 数据传输时造成的阻塞现象。
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第五章 设备管理
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通道类型：
字节多路通道
➢ 含有许多非分配型子通道分别连接在低、中速I/O 设备上，子通道按时间片轮转方式共享主通道，按 字节方式进行数据传送
第五章 设备管理
操作系统中对外围设备的启动和控制 工作由设备管理部分完成。
计算机系统的一个重要组成部分是 I/O系统。
设备管理的对象主要是输入输出(I/O) 设备。
设备管理的基本任务是完成用户提出
的I/O请求，提高I/O速度以及改善I/O
设备的利用率。 2020/10/12
第五章 设备管理
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设备管理的主要功能有：缓冲区管理、 设备的分配、设备处理、虚拟设备及实现设 备独立性等。
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主机通道型I/O系统结构
计算机
I/O通道1 I/O通道2
控制器 控制器
设备 设备
控制器 控制器
设备 设备
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第五章 设备管理
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2.设备与控制器之间的接口
通常，设备并不是直接与CPU进行通信， 而是与设备控制器通信，因此，在设备与设 备控制器之间应有一接口，在该接口中有三 种类型的信号，各对应一条信号线。
便调用该过程，将缓冲区C释放，改为空缓冲
区R。
R
Nexti
G
R
Nextg G
R
3. 进程同步 (1) Nexti追上Nextg
C current
(2)Nextg追上Nexti
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5.3.4 缓冲池( Buffer Pool) 为了提高缓冲区的利用率，提供公用的缓冲区，缓
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5.2 I/O控制方式
在I/O 控制方式的整个发展过程中，始终 贯穿着这样一条宗旨，即尽量减少主机对I/O 控制的干预，把主机从繁杂的I/O控制事务中 解脱出来，以便更多地去完成数据处理任务。
5.2.1 程序I/O 方式 无中断机构，CPU对I/O 设备的控制采取程序
数组选择通道
只含有一个分配型子通道，一段时间内只能执 行一道通道程序、控制一台设备按数组方式进 行数据传送，通道独占且利用率低，用于连接 多台高速设备
数组多路通道
➢ 含有多个非分配型子通道分别连接在高、中速I/O 设备上，子通道按时间片轮转方式共享主通道，按 数组方式进行数据传送
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第五章 设备管理
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图 5-4单通路I/O 系统
CPU 存储器
通道1
控制器1
控制器2
通道2
控制器3
控制器4
设备1 设备2 设备3 设备4 设备5 设备6 设备 7
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图 5—5 多通路I/O系统：
CPU 存储器
通道1
通道2
控制器1
控制器2
设备1 设备2 设备3 设备4
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Procedure Getbuf (type )
Begin
Wait (RS (type)) ;
Wait (MS (type)) ;
B(number) :=Takebuf(type);
signal(MS(type)) ;
End;
Procedure putbuf (type ,number)
如图5—15 缓冲区的工作方式：
收容输入 hin
sout 提取输出
提取输入 sin
hout 收容输出
用户程序
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缓冲区管理的主要职责是组织好这些缓冲 区，并提供获得和释放缓冲区的手段。
缓冲：是一种暂时存放的意思。
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5.3.1 缓冲的引入
引入缓冲的主要原因是：
(1)缓和CPU 与I/O设备间速度不匹配的矛盾。
(2)减少对CPU的中断频率，放宽对CPU 中断响应时间 的限制。
Begin
Wait (MS(type));
Addbuf( type ,number );
signal(MS(type));
signal(RS(type));
End;2020/10/12
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3.缓冲区的工作方式 缓冲区可以工作在收容输入、提取输入、收容
输出、和提取输出四种工作方式下，
实现对设备的控制
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数据信号 状态信号 控制信号
数据信号 状态信号 控制信号
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5.1.3 I/O通道
1. I/O通道( I/O Channel )设备的引入
I/O 通道是一种特殊的处理机。它具有执行 I/O 指令的能力，并通过执行通道程序来控制I/O 操作。
但I/O通道又与一般的处理机不同，主要表现在：
环缓冲区。
(1)Getbuf过程 当计算进程要使用缓冲区中的数据时，调用它。
执行Getbuf后，将Nextg移向下一个G缓冲区，并 令Current指向得到的缓冲区C。 R Nexti
G
R
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G
G 第五章 设备管理Nextg
C current
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(2)Releasebuf过程
当计算进程把 C缓冲区中的数据提取完毕时，
例：行式打印机，激光打印机等。 高速设备：每秒钟传输数百千个字节至数十兆字节。
例：磁盘机、磁带机、光盘机等。
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微机总线型I/O系统结构
磁盘驱动器 打印机
其它设备
CPU
… 存储器
磁盘 控制器
打印机 控制器
其它 控制器
系统总线
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5.2.3 直接存储器访问DMA I/O控制方式
1.DMA控制方式的引入
主要用于控制快速设备工作。
DMA方式
向I/O控制器发读块命令 CPU DMA CPU做其它事
读DMA控制器的状态 DMA
中断 CPU
下条指令
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2.DMA控制器的组成 DMA 控制器由三部分组成： (1)主机与DMA 控制器的接口； (2) DMA 控制器与块设备的接口； (3) I/O控制逻辑 在DMA控制器中设置如下四类寄存器： (1)命令/状态寄存器CR； (2)内存地址寄存器MAR; (3)数据寄存器DR； (4)数据计数器DC.
冲池是由多个缓冲区构成。
1.缓冲池的组成 缓冲池中含有三种类型的缓冲区：(1)空缓冲区； (2) 装满输入数据的缓冲区；(3)装满输出数据的缓
冲区。
形成三个队列: (1)空缓冲队列emq; (2)输入队列inq; (3)输出队列 outq .
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三个队列：
F(emq) F(inq) F(outq)
1.设备控制器的基本功能 1)接收和识别命令 2)数据交换 3) 标识和报告设备的状态 4)地址识别 5)数据缓冲 6)差错控制
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2.设备控制器的组成
设备控制器位于CPU与设备之间，它既要与CPU 通信，又要与设备通信，还应具有按照CPU所 发来的命令去控制设备工作的功能。它由三部 分组成：
I/O 方式，或称为忙—等待方式。
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图 5—7 程序I/O 和中断驱动方式的流程 (a) 程序I/O方式
向I/O控制器发读命令
读 I/O控制器的状态 未就绪
检查状态？ 就绪 从I/O 控制器中读入字
向存储器中写字
传送完成？ 未完成
完成
下一条指令
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ห้องสมุดไป่ตู้
设备管理的目标：(1)提供方便性；
(2)提高设备的工作
效率。
现代计算机系统，所有的I/O设备都由操作系 统管理，好处是：
(1)不用用户了解设备的属性；
(2)保证设备安全正确的工作；
(3)用户之间对设备的使用，由系统协调。
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5.1 I/O系统
5.1.1 I/O设备 1. I/O设备的类型 1)按传输速率分类 低速设备：每秒钟传输几个字节至数百个字节。 中速设备：每秒钟传输数千个字节至数万个字节。
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，用于实现对设备的控制。
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图 5—2 设备控制器的组成
数据线
地址线 控制线
数据 寄存器
CPU与控 制器接口
控制/状态
寄存器
控制器与 设备接口
控制器 与设备 接口1
… …
I/O逻辑
控制器 与设备 接口n
1. I/O 通道控制方式的引入
I/O通道方式是DMA方式的发展,可进 一步减少CPU的干预,可实现CPU、通道和 I/O设备三者的并行操作。
通道通过执行通道程序，可完成CPU 指定的I/O任务。
2.通道程序
通道程序是由一系列通道指令(或称为通道命 令 ）所构成的。
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第五章 设备管理