设备管理培训课程PPT课件(37页)
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
通道指令系统 — 也称通道控制字（CCW），是通道能够 独立执行的I/O指令。
2、通道的类 型 按照信息交换方式分类：
字节多路通道 —用于低、中速设备 含多个非分配型的子通道，子通道按时间片轮转共
享主通道。按字节传送。传输速度慢(。 数组选择通道 —连接中、高速设备
含一个分配型的子通道，一段时间内只能执行、控 制一台设备工作。通道利用率低，传输速度快。
二、I/O设备及分类
1。按传输速率分类 • 低速设备 • 中速设备
• 高速设备
2。按传消息交换的单位分类 • 块设备 信息存取以数据块为单位，属于有结构设备。 • 字符设备 信息存取以字符为单位，属于无结构设备。
3。按设备的共享属性分类
• 独占设备 在一段时间只允许一个进程访问的设备。 • 共享设备 在一段时间允许多个进程同时访问的设备。 • 虚拟设备 使用虚拟技术，将一台独占设备变为逻辑
第七章
设备管理
设 备 管 理 （一）
设备管理是操作系统最基本、最繁杂的组成部分。 且与硬件的关系最密切。
I/O设备
外设按功能分为两类 {
存储设备
I/O设备 • 输入设备 — 模拟信号 • 输出设备 — 数字信号
数字信号（A/D转换） 模拟信号（D/A转换）
存储设备
• 存取控制部分（控制电路伺服系统、读写控制电路、 磁头、光头等）
§7.2 I/O 控制方式（二）
一、中断控制方式
中断 —当主机接到外部信号时（如 I/O完成信号）即停止 原来的工作，转去处理这一事件，处理完后，主机 又回到原来的断点继续工作。
中断处理过程：
中断源 中断请求
（向CPU）
中断响应
保护CPU现场 识别中断源
转中断 处理程序
退出中断
恢复CPU现场
§7.2 I/O 控制方式（四）
（1）以数据块为单位进行数据传送。 （2）设备与内存之间直接交换数据。
§7.2 I/O 控制方式（八）
三、通道控制方式
1、I/O处理机 通道（Channel） 是比DMA方式更加完善，功能更强的I/O
控制方式。 DMA与通道方式的异同：
相同：以内存为中心，实现设备与内存之间直接交换数据 的控制方式。
数组多路通道 — 连接中、高速设备 综合前两类的优点。
§7.1 I/O 系统的组成（六）
中央处理机 内存
字节多路通道
选择ຫໍສະໝຸດ Baidu道
成组多路通道
卡片 输入机
打印机
卡片 输入机
磁盘 通道结构
磁带
§7.1 I/O 系统的组成（七） 3、“瓶颈问题” 由于通道及设备控制器的数量有限，可能造成I/O的瓶颈。
解决“瓶颈问题”的多通路系统
二、DMA控制方式 直接存储器访问 DMA（Direct Memory Access）
方式的引入是为解决中断控制方式对块设备低效的问 题。减少中断次数。
1、DMA方式的基本思想 由于大多数的小型、微型计算机采用总线结构，DMA
方式是“窃取”或“挪用” CPU总线的控制权，即要求 CPU暂停若干总线周期，由DMA控制器占有存储器周期进 行设备与内存之间的数据交换。
• 信息载体 （磁盘、磁带、光盘等）
设 备 管 理 （二）
设备管理的基本任务是： （1） 控制 I/O 操作，进行设备分配，提高CPU与设备之间
的并行工作程度。协调和保证设备的高效工作。 （2） 向用户提供一个使用设备的方便接口。完成用户的
I/O请求。
主要讨论以下问题
I/O 系统的组成 I/O 控制方式 I/O 数据传输与缓冲技术 虚拟设备与Spooling技术
上的多台设备。
§7.1 I/O 系统的组成（三） 三、设备控制器
设备控制器是CPU与设备之间的接口，接收CPU的命令， 控制设备工作。
1。设备控制器的功能 接收和识别CPU发出的命令，因此，设备控制器中
设有多个寄存器，用来存放命令和参数，同时，还设 有命令译码器。
实现数据交换，即CPU与控制器之间，控制器与设 备之间的数据交换。
通道程序的始址存放在称为通道地址字（CAW）的 内存单元中，由 CPU启动通道程序后，CPU可去执行 其他任务。 • 执行通道指令CCW ，向设备控制器发出I/O操作命令。 • 设备根据CCW将数据传送到内存指定单元。 • 数据传送结束，I/O控制器向CPU 发出中断请求命令。
思考题
DMA方式与通道控制方式的数据传送过程有何相 同和不同之处？
画出DMA及通道控制方式的控制流程图（分别画 出输入、输出两种情况）。
§7.3 缓冲管理（一） 一、为什么引入缓冲技术 1、缓解CPU与外设速度不匹配的问题。 2、减少CPU中断响应次数，放宽响应时间。 3、提高CPU与I/O设备，I/O设备之间的并行操作能力。 缓冲技术的基本思想： 在内存中开辟一个或多个专用区域
§7.1 I/O 系统的组成（一）
一、I/O 系统的结构
1。微机I/O系统 2。主机I/O系统
CPU通过总线与设备控制器相连接，设备 控制器是CPU 与设备之间的接口。 使用I/O通道（I/O处理机），实现对设备 控制器的控制。
I/O系统应该由以下部分组成： I/O设备 设备控制器 总线或通道
§7.1 I/O 系统的组成（二）
§7.2 I/O 控制方式 （一）
本节讨论CPU 通过设备控制器来控制数据I/O的方式。 设备管理的主要任务之一是控制设备与内存或CPU
之间的数据传送，选择控制方式的原则是： 保证在足够的传输速度下数据的正确传送。 系统开销小。 充分发挥硬件资源的能力。
常用的I/O控制方式
（1）中断控制方式 （2）DMA 控制方式 （3）通道控制方式
记录设备的状态，以便CPU启动控制器。为此，在 控制器中设置一个状态寄存器。
识别设备地址。使CPU能够从设备控制器的寄存器 中读写数据。
§7.1 I/O 系统的组成（五）
四、I/O通道 1、为什么引入通道 通道（Channel） — 也称 I/O处理机。 是为了减轻CPU 的工作负载，在 CPU 与设备控制器之间而设置的一种专 门用于 I/O 的简单处理机。
不同：通道是专门控制 I/O的处理机。其指令称为通道控 制字（CCW），由CCW编制的通道程序，独立执 行I/O任务。
CCW的信息：
• 操作码 • 内存地址
• 传送数据字节数
• 通道程序结束位P（P =1 结束）
• 记录结束标志R { 0 指令处理同一记录
1 处理记录结束
§7.2 I/O 控制方式（九） 2、通道的控制过程： • CPU启动通道
2、通道的类 型 按照信息交换方式分类：
字节多路通道 —用于低、中速设备 含多个非分配型的子通道，子通道按时间片轮转共
享主通道。按字节传送。传输速度慢(。 数组选择通道 —连接中、高速设备
含一个分配型的子通道，一段时间内只能执行、控 制一台设备工作。通道利用率低，传输速度快。
二、I/O设备及分类
1。按传输速率分类 • 低速设备 • 中速设备
• 高速设备
2。按传消息交换的单位分类 • 块设备 信息存取以数据块为单位，属于有结构设备。 • 字符设备 信息存取以字符为单位，属于无结构设备。
3。按设备的共享属性分类
• 独占设备 在一段时间只允许一个进程访问的设备。 • 共享设备 在一段时间允许多个进程同时访问的设备。 • 虚拟设备 使用虚拟技术，将一台独占设备变为逻辑
第七章
设备管理
设 备 管 理 （一）
设备管理是操作系统最基本、最繁杂的组成部分。 且与硬件的关系最密切。
I/O设备
外设按功能分为两类 {
存储设备
I/O设备 • 输入设备 — 模拟信号 • 输出设备 — 数字信号
数字信号（A/D转换） 模拟信号（D/A转换）
存储设备
• 存取控制部分（控制电路伺服系统、读写控制电路、 磁头、光头等）
§7.2 I/O 控制方式（二）
一、中断控制方式
中断 —当主机接到外部信号时（如 I/O完成信号）即停止 原来的工作，转去处理这一事件，处理完后，主机 又回到原来的断点继续工作。
中断处理过程：
中断源 中断请求
（向CPU）
中断响应
保护CPU现场 识别中断源
转中断 处理程序
退出中断
恢复CPU现场
§7.2 I/O 控制方式（四）
（1）以数据块为单位进行数据传送。 （2）设备与内存之间直接交换数据。
§7.2 I/O 控制方式（八）
三、通道控制方式
1、I/O处理机 通道（Channel） 是比DMA方式更加完善，功能更强的I/O
控制方式。 DMA与通道方式的异同：
相同：以内存为中心，实现设备与内存之间直接交换数据 的控制方式。
数组多路通道 — 连接中、高速设备 综合前两类的优点。
§7.1 I/O 系统的组成（六）
中央处理机 内存
字节多路通道
选择ຫໍສະໝຸດ Baidu道
成组多路通道
卡片 输入机
打印机
卡片 输入机
磁盘 通道结构
磁带
§7.1 I/O 系统的组成（七） 3、“瓶颈问题” 由于通道及设备控制器的数量有限，可能造成I/O的瓶颈。
解决“瓶颈问题”的多通路系统
二、DMA控制方式 直接存储器访问 DMA（Direct Memory Access）
方式的引入是为解决中断控制方式对块设备低效的问 题。减少中断次数。
1、DMA方式的基本思想 由于大多数的小型、微型计算机采用总线结构，DMA
方式是“窃取”或“挪用” CPU总线的控制权，即要求 CPU暂停若干总线周期，由DMA控制器占有存储器周期进 行设备与内存之间的数据交换。
• 信息载体 （磁盘、磁带、光盘等）
设 备 管 理 （二）
设备管理的基本任务是： （1） 控制 I/O 操作，进行设备分配，提高CPU与设备之间
的并行工作程度。协调和保证设备的高效工作。 （2） 向用户提供一个使用设备的方便接口。完成用户的
I/O请求。
主要讨论以下问题
I/O 系统的组成 I/O 控制方式 I/O 数据传输与缓冲技术 虚拟设备与Spooling技术
上的多台设备。
§7.1 I/O 系统的组成（三） 三、设备控制器
设备控制器是CPU与设备之间的接口，接收CPU的命令， 控制设备工作。
1。设备控制器的功能 接收和识别CPU发出的命令，因此，设备控制器中
设有多个寄存器，用来存放命令和参数，同时，还设 有命令译码器。
实现数据交换，即CPU与控制器之间，控制器与设 备之间的数据交换。
通道程序的始址存放在称为通道地址字（CAW）的 内存单元中，由 CPU启动通道程序后，CPU可去执行 其他任务。 • 执行通道指令CCW ，向设备控制器发出I/O操作命令。 • 设备根据CCW将数据传送到内存指定单元。 • 数据传送结束，I/O控制器向CPU 发出中断请求命令。
思考题
DMA方式与通道控制方式的数据传送过程有何相 同和不同之处？
画出DMA及通道控制方式的控制流程图（分别画 出输入、输出两种情况）。
§7.3 缓冲管理（一） 一、为什么引入缓冲技术 1、缓解CPU与外设速度不匹配的问题。 2、减少CPU中断响应次数，放宽响应时间。 3、提高CPU与I/O设备，I/O设备之间的并行操作能力。 缓冲技术的基本思想： 在内存中开辟一个或多个专用区域
§7.1 I/O 系统的组成（一）
一、I/O 系统的结构
1。微机I/O系统 2。主机I/O系统
CPU通过总线与设备控制器相连接，设备 控制器是CPU 与设备之间的接口。 使用I/O通道（I/O处理机），实现对设备 控制器的控制。
I/O系统应该由以下部分组成： I/O设备 设备控制器 总线或通道
§7.1 I/O 系统的组成（二）
§7.2 I/O 控制方式 （一）
本节讨论CPU 通过设备控制器来控制数据I/O的方式。 设备管理的主要任务之一是控制设备与内存或CPU
之间的数据传送，选择控制方式的原则是： 保证在足够的传输速度下数据的正确传送。 系统开销小。 充分发挥硬件资源的能力。
常用的I/O控制方式
（1）中断控制方式 （2）DMA 控制方式 （3）通道控制方式
记录设备的状态，以便CPU启动控制器。为此，在 控制器中设置一个状态寄存器。
识别设备地址。使CPU能够从设备控制器的寄存器 中读写数据。
§7.1 I/O 系统的组成（五）
四、I/O通道 1、为什么引入通道 通道（Channel） — 也称 I/O处理机。 是为了减轻CPU 的工作负载，在 CPU 与设备控制器之间而设置的一种专 门用于 I/O 的简单处理机。
不同：通道是专门控制 I/O的处理机。其指令称为通道控 制字（CCW），由CCW编制的通道程序，独立执 行I/O任务。
CCW的信息：
• 操作码 • 内存地址
• 传送数据字节数
• 通道程序结束位P（P =1 结束）
• 记录结束标志R { 0 指令处理同一记录
1 处理记录结束
§7.2 I/O 控制方式（九） 2、通道的控制过程： • CPU启动通道