操作系統(tǒng)-IO設(shè)備和設(shè)備控制器課件

1、6.2 I/O設(shè)備和設(shè)備控制器I/O設(shè)備一般是由執(zhí)行I/O操作的機(jī)械部分和執(zhí)行控制I/O的電子部件組成。通常將這兩部分分開，執(zhí)行I/O操作的機(jī)械部分就是一般的I/O設(shè)備，而執(zhí)行控制I/O的電子部件則稱為設(shè)備控制器或適配器(adapter)。在微型機(jī)和小型機(jī)中的控制器常做成印刷電路卡形式，因而也常稱為控制卡、接口卡或網(wǎng)卡，可將它插入計(jì)算機(jī)的擴(kuò)展槽中。在有的大、中型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，還配置了I/O通道或I/O處理機(jī)。6.2 I/O設(shè)備和設(shè)備控制器I/O設(shè)備一6.2.1 I/O設(shè)備 1. I/O設(shè)備的類型1) 按使用特性分類2) 按傳輸速率分類6.2.1 I/O設(shè)備 1. I/O設(shè)備的類型2. 設(shè)備與控

2、制器之間的接口通常，設(shè)備并不是直接與CPU進(jìn)行通信，而是與設(shè)備控制器通信，因此，在I/O設(shè)備中應(yīng)含有與設(shè)備控制器間的接口，在該接口中有三種類型的信號(hào)(見圖6-3所示)，各對(duì)應(yīng)一條信號(hào)線。(1) 數(shù)據(jù)信號(hào)線。(2) 控制信號(hào)線。(3) 狀態(tài)信號(hào)線。2. 設(shè)備與控制器之間的接口通常，設(shè)備并不是直接與圖6-3設(shè)備與控制器間的接口圖6-3設(shè)備與控制器間的接口6.2.2 設(shè)備控制器1. 設(shè)備控制器的基本功能(1) 接收和識(shí)別命令。(2) 數(shù)據(jù)交換。(3) 標(biāo)識(shí)和報(bào)告設(shè)備的狀態(tài)。(4) 地址識(shí)別。(5) 數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。(6) 差錯(cuò)控制。 6.2.2 設(shè)備控制器1. 設(shè)備控制器的基本功能2. 設(shè)備控制器的組成

3、由于設(shè)備控制器位于CPU與設(shè)備之間，它既要與CPU通信，又要與設(shè)備通信，還應(yīng)具有按照CPU所發(fā)來的命令去控制設(shè)備工作的功能，因此，現(xiàn)有的大多數(shù)控制器都是由以下三部分組成：(1) 設(shè)備控制器與處理機(jī)的接口。(2) 設(shè)備控制器與設(shè)備的接口。(3) I/O邏輯。 2. 設(shè)備控制器的組成由于設(shè)備控制器位于CPU與設(shè)圖6-4 設(shè)備控制器的組成 圖6-4 設(shè)備控制器的組成 6.2.3 內(nèi)存映像I/O 1. 利用特定的I/O指令在早期的計(jì)算機(jī)中，包括大型計(jì)算機(jī)，為實(shí)現(xiàn)CPU和設(shè)備控制器之間的通信，為每個(gè)控制寄存器分配一個(gè)I/O端口，這是一個(gè)8位或16位的整數(shù)，如圖6-5(a)所示。另外還設(shè)置了一些特定的I/

4、O指令。 6.2.3 內(nèi)存映像I/O 1. 利用特定的I/O指2. 內(nèi)存映像I/O在這種方式中，在編址上不再區(qū)分內(nèi)存單元地址和設(shè)備控制器中的寄存器地址，都采用k。當(dāng)k值處于0n-1范圍時(shí)，被認(rèn)為是內(nèi)存地址，若k大于等于n時(shí)，被認(rèn)為是某個(gè)控制器的寄存器地址。 2. 內(nèi)存映像I/O在這種方式中，在編址上不再區(qū)分圖6-5 設(shè)備尋址形式圖6-5 設(shè)備尋址形式6.2.4I/O通道1. I/O通道設(shè)備的引入雖然在CPU與I/O設(shè)備之間增加了設(shè)備控制器后，已能大大減少CPU對(duì)I/O的干預(yù)，但當(dāng)主機(jī)所配置的外設(shè)很多時(shí)，CPU的負(fù)擔(dān)仍然很重。為此，在CPU和設(shè)備控制器之間又增設(shè)了I/O通道(I/O Channe

5、l)。 6.2.4I/O通道1. I/O通道設(shè)備的引入2. 通道類型1) 字節(jié)多路通道(Byte Multiplexor Channel)這是一種按字節(jié)交叉方式工作的通道。它通常都含有許多非分配型子通道，其數(shù)量可從幾十到數(shù)百個(gè)，每一個(gè)子通道連接一臺(tái)I/O設(shè)備，并控制該設(shè)備的I/O操作。這些子通道按時(shí)間片輪轉(zhuǎn)方式共享主通道。 2. 通道類型1) 字節(jié)多路通道(Byte Mul圖6-6 字節(jié)多路通道的工作原理圖6-6 字節(jié)多路通道的工作原理 2) 數(shù)組選擇通道(Block Selector Channel)字節(jié)多路通道不適于連接高速設(shè)備，這推動(dòng)了按數(shù)組方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的數(shù)組選擇通道的形成。 2) 數(shù)組選擇通道(Block Selector Ch3) 數(shù)組多路通道(Block Multiplexor Channel)數(shù)組選擇通道雖有很高的傳輸速率，但它卻每次只允許一個(gè)設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)組多路通道是將數(shù)組選擇通道傳輸速率高和字節(jié)多路通道能使各子通道(設(shè)備)分時(shí)并行操作的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合而形成的一種新通道。 3) 數(shù)組多路通道(Block Multiplexor 3. “瓶頸”問題由于通道價(jià)格昂貴，致使機(jī)器中所設(shè)置的通道數(shù)量勢(shì)必較少，這往往又使它成了I/O的瓶