計(jì)算機(jī)設(shè)備管理教學(xué)課件

第6章設(shè)備管理“設(shè)備”泛指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的外部設(shè)備，即除主機(jī)以外的其他所有設(shè)備。在多道程序設(shè)計(jì)環(huán)境下，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)允許多個(gè)用戶作業(yè)同時(shí)在內(nèi)存，它們的運(yùn)行勢(shì)必涉及到I/O設(shè)備。于是，對(duì)于設(shè)備本身，有一個(gè)如何有效利用的問(wèn)題；對(duì)于設(shè)備和CPU，有一個(gè)如何發(fā)揮并行工作能力的問(wèn)題；對(duì)于設(shè)備和用戶，有一個(gè)如何方便使用的問(wèn)題。2022/12/21第6章設(shè)備管理“設(shè)備”泛指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的外部設(shè)備，即除主設(shè)備管理的任務(wù)是完成用戶提出的I/O請(qǐng)求，為用戶分配I/O設(shè)備，提高CPU與I/O設(shè)備的利用率，提高I/O設(shè)備的速度，方便用戶使用I/O設(shè)備。2022/12/21設(shè)備管理的任務(wù)是完成用戶提出的I/O請(qǐng)求，為用戶分配I/O設(shè)6.1.1I/O系統(tǒng)的基本功能方便用戶使用I/O設(shè)備隱藏物理設(shè)備的細(xì)節(jié)與設(shè)備的無(wú)關(guān)性提高CPU和I/O設(shè)備的利用率提高CPU和I/O設(shè)備的利用率對(duì)I/O設(shè)備進(jìn)行控制為用戶的共享設(shè)備時(shí)提供方便確保對(duì)設(shè)備的正確共享錯(cuò)誤處理2022/12/216.1.1I/O系統(tǒng)的基本功能方便用戶使用I/O設(shè)備20226.1.2I/O系統(tǒng)的層次和結(jié)構(gòu)模型I/O層次結(jié)構(gòu)用戶層I/O軟件設(shè)備獨(dú)立性軟件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中斷處理程序2022/12/216.1.2I/O系統(tǒng)的層次和結(jié)構(gòu)模型I/O層次結(jié)構(gòu)20222022/12/21I/O層次結(jié)構(gòu)

用戶層軟件設(shè)備獨(dú)立性軟件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中斷處理程序硬件實(shí)現(xiàn)與用戶交互的接口，產(chǎn)生I/O請(qǐng)求負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)與設(shè)備驅(qū)動(dòng)器的統(tǒng)一接口、設(shè)備命名，設(shè)備的保護(hù)，設(shè)備的分配與釋放，緩沖等。與硬件直接相關(guān)，負(fù)責(zé)具體實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)設(shè)備發(fā)出的操作指令，驅(qū)動(dòng)I/O設(shè)備工作的驅(qū)動(dòng)程序保護(hù)環(huán)境，轉(zhuǎn)入相應(yīng)處理程序，恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)等執(zhí)行I/O操作2022/12/212022/12/19I/O層次結(jié)構(gòu)

用戶層軟件設(shè)備獨(dú)立性軟件2022/12/21操作系統(tǒng)的I/O子系統(tǒng)通常由四個(gè)層次組成，每一層明確定義了與鄰近層次的接口。其合理的層次組織排列順序是(2012)A.用戶級(jí)I/O軟件、設(shè)備無(wú)關(guān)軟件、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、中斷處理程序B、用戶級(jí)I/O軟件、設(shè)備無(wú)關(guān)軟件、中斷處理程序、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序C、用戶級(jí)I/O軟件、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、設(shè)備無(wú)關(guān)軟件、中斷處理程序D、用戶級(jí)I/O軟件、中斷處理程序、設(shè)備無(wú)關(guān)軟件、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序用戶程序發(fā)出磁盤I/O請(qǐng)求后，系統(tǒng)的處理流程是：用戶程序-系統(tǒng)調(diào)用處理程序-設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序-中斷處理程序。其中，計(jì)算數(shù)據(jù)所在磁盤的柱面號(hào)、磁頭號(hào)、扇區(qū)號(hào)的程序是（2011,2013）A、用戶程序B、系統(tǒng)調(diào)用處理程序C、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序D、中斷處理程序2022/12/212022/12/19操作系統(tǒng)的I/O子系統(tǒng)通常由四個(gè)層次組成2022/12/21I/O層次視圖

用戶層軟件設(shè)備獨(dú)立性軟件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中斷處理程序硬件I/O系統(tǒng)接口RW/HW接口2022/12/212022/12/19I/O層次視圖

用戶層軟件設(shè)備獨(dú)立性軟件6.1.3I/O系統(tǒng)接口塊設(shè)備接口塊設(shè)備：數(shù)據(jù)的存取和傳輸都是以數(shù)據(jù)塊為單位的設(shè)備。特點(diǎn)：傳輸速率高，可尋址，DMA控制方式隱藏了磁盤的二維結(jié)構(gòu)將抽象命令映射為低層操作流設(shè)備接口字符設(shè)備。特點(diǎn)：傳輸速率低，不可尋址，中斷驅(qū)動(dòng)方式Get操作和put操作In-control指令網(wǎng)絡(luò)接口2022/12/216.1.3I/O系統(tǒng)接口塊設(shè)備接口2022/12/196.2I/O設(shè)備和設(shè)備控制器

I/O設(shè)備由執(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（設(shè)備控制器）組成。2022/12/216.2I/O設(shè)備和設(shè)備控制器2022/12/196.2.1I/O設(shè)備1、I/O設(shè)備的類型按使用特性分存儲(chǔ)設(shè)備：用以存儲(chǔ)信息的主要設(shè)備輸入輸出設(shè)備：輸入設(shè)備,輸出設(shè)備,交互式設(shè)備2022/12/216.2.1I/O設(shè)備1、I/O設(shè)備的類型2022/12/1I/O設(shè)備的分類按傳輸速率分低速設(shè)備：每秒幾個(gè)到數(shù)百字節(jié)。如鍵盤、鼠標(biāo)中速設(shè)備：每秒數(shù)千到數(shù)萬(wàn)字節(jié)。如打印機(jī)高速設(shè)備：每秒數(shù)百K到數(shù)兆。如磁盤、磁帶2022/12/21I/O設(shè)備的分類按傳輸速率分2022/12/19按信息交換的單位分類塊設(shè)備

：

I/O傳輸?shù)膯挝皇菈K，如磁盤、磁帶。特征：速率高（幾兆）、可尋址（可隨機(jī)訪問(wèn)任一塊）、DMA方式驅(qū)動(dòng)。

字符設(shè)備：I/O傳輸?shù)膯挝皇亲止?jié)，如打印機(jī)、modem等。特征：速率較低、不可尋址、中斷驅(qū)動(dòng)。2022/12/21按信息交換的單位分類2022/12/19

按設(shè)備共享屬性分類獨(dú)占型設(shè)備：在任一段時(shí)間內(nèi)最多有一個(gè)進(jìn)程占用它，字符設(shè)備及磁帶機(jī)屬獨(dú)占型設(shè)備。即臨界資源。共享型設(shè)備：多個(gè)進(jìn)程對(duì)它的訪問(wèn)可以交叉進(jìn)行，除磁帶機(jī)外的塊設(shè)備屬共享設(shè)備虛擬設(shè)備：在一類設(shè)備上模擬另一類設(shè)備，常用共享設(shè)備模擬獨(dú)占設(shè)備，用高速設(shè)備模擬低速設(shè)備，被模擬的設(shè)備稱為虛擬設(shè)備2022/12/21按設(shè)備共享屬性分類2022/12/192、設(shè)備與控制器之間的接口通常，設(shè)備不是直接與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)，各對(duì)應(yīng)一條信號(hào)線2022/12/212、設(shè)備與控制器之間的接口通常，設(shè)備不是直接與CPU進(jìn)行通信2、設(shè)備與控制器之間的接口數(shù)據(jù)信號(hào)線用于在設(shè)備和設(shè)備控制器之間傳送數(shù)據(jù)信號(hào)?？刂菩盘?hào)線作為由設(shè)備控制器向I/O設(shè)備發(fā)送控制信號(hào)時(shí)的通路。狀態(tài)信號(hào)線用于傳送指示設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)的信號(hào)。2022/12/212、設(shè)備與控制器之間的接口數(shù)據(jù)信號(hào)線2022/12/196.2.2設(shè)備控制器設(shè)備控制器主要負(fù)責(zé)控制一個(gè)或多個(gè)I/O設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)I/O設(shè)備和計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。它是CPU與I/O設(shè)備之間的接口，接收從CPU發(fā)來(lái)的命令，并控制I/O設(shè)備工作，以使CPU從繁雜的設(shè)備控制事務(wù)中解脫出來(lái)。是一個(gè)可編址設(shè)備，每一個(gè)地址對(duì)應(yīng)一個(gè)設(shè)備。設(shè)備控制器可分為兩類，一類用于控制字符設(shè)備的控制器，另一類是用于控制塊設(shè)備的控制器。在微型機(jī)中的控制器，常做成印刷電路卡，因而也常稱為接口卡2022/12/216.2.2設(shè)備控制器設(shè)備控制器主要負(fù)責(zé)控制一個(gè)或多個(gè)I/O設(shè)設(shè)備控制器的基本功能接收和識(shí)別命令數(shù)據(jù)交換標(biāo)識(shí)和報(bào)告設(shè)備的狀態(tài)地址識(shí)別數(shù)據(jù)緩沖差錯(cuò)控制2022/12/21設(shè)備控制器的基本功能接收和識(shí)別命令2022/12/19設(shè)備控制器的組成由于設(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(lái)的命令去控制設(shè)備的工作的功能，因此現(xiàn)有的大多數(shù)控制器都是由三部分組成設(shè)備控制器與處理機(jī)的接口設(shè)備控制器與設(shè)備的接口I/O邏輯2022/12/21設(shè)備控制器的組成由于設(shè)備控制器位于CPU與設(shè)備之間，它既要與設(shè)備控制器的組成2022/12/21設(shè)備控制器的組成2022/12/196.2.3內(nèi)存映像I/O2022/12/216.2.3內(nèi)存映像I/O2022/12/196.2.3內(nèi)存映像I/O2022/12/216.2.3內(nèi)存映像I/O2022/12/19I/O通道 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)一個(gè)系統(tǒng)配置的設(shè)備較多時(shí)，I/O操作較為頻繁的情況下，CPU可能完全陷入I/O處理，這樣會(huì)大大地降低計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的效率，解決的方法就是用到通道技術(shù)。

2022/12/21I/O通道 雖然在CPU與I/O設(shè)備之間增加了設(shè)備控制器后， 通道方式的目的使一些原來(lái)由CPU處理的I/O任務(wù)轉(zhuǎn)由通道來(lái)承擔(dān)，從而使CPU徹底從I/O中解放出來(lái)。當(dāng)用戶發(fā)出I/O請(qǐng)求后，CPU就把該請(qǐng)求全部交由通道去完成。通道在整個(gè)I/O任務(wù)結(jié)束后，才發(fā)出中斷信號(hào)，請(qǐng)求CPU進(jìn)行善后處理。不僅數(shù)據(jù)傳輸獨(dú)立于CPU,而且I/O操作的組織管理也獨(dú)立于CPU。I/O通道的引入：2022/12/21I/O通道的引入：2022/12/19 為使中央處理機(jī)從繁忙的I/O處理中擺脫出來(lái)，現(xiàn)代大、中型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中設(shè)置了專門的處理I/O操作的處理機(jī)，并把這種處理機(jī)稱為通道。通道在CPU的控制下獨(dú)立地執(zhí)行通道程序，對(duì)外部設(shè)備的I/O操作進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)存與外設(shè)之間成批的數(shù)據(jù)交換。 通道=I/O處理機(jī)

通道概念2022/12/21 為使中央處理機(jī)從繁忙的I/O處理中擺脫出來(lái)，現(xiàn)代大、中型

I/O通道與一般的處理機(jī)不同，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：指令類型單一，這是由于通道硬件比較簡(jiǎn)單，其所能執(zhí)行的命令，主要局限于與I/O操作有關(guān)的指令；通道沒(méi)有自己的內(nèi)存，通道所執(zhí)行的通道程序是放在主機(jī)的內(nèi)存中的，換言之，是通道與CPU共享內(nèi)存。2022/12/21I/O通道與一般的處理機(jī)不同，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：2I/O通道I/O通道的分類字節(jié)多路通道數(shù)據(jù)選擇通道數(shù)組多路通道2022/12/21I/O通道2022/12/19通道的種類字節(jié)多路通道：字節(jié)多路通道是以字節(jié)為基本傳輸單位，通常含有許多非分配型子通道，其數(shù)量從幾十到數(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)主式共享主通道。當(dāng)一個(gè)子通道控制的某臺(tái)外設(shè)交換了一個(gè)字節(jié)后，就轉(zhuǎn)向下一個(gè)子通道，以控制下一臺(tái)設(shè)備傳送一個(gè)字節(jié)。這就實(shí)現(xiàn)了子通道的循環(huán)輪轉(zhuǎn)，以達(dá)到多路控制的目的，字節(jié)多路通道主要用來(lái)控制低速、并且以字節(jié)為基本傳送單位的設(shè)備。如打印機(jī)。2022/12/21通道的種類字節(jié)多路通道：2022/12/192022/12/212022/12/19數(shù)組選擇通道：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。這種通道雖然可以連接多臺(tái)高速設(shè)備，但由于它只含有一個(gè)分配型子通道，在一段時(shí)間內(nèi)只能執(zhí)行一道通道程序，控制一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，致使當(dāng)某臺(tái)設(shè)備占用了該通道后，便一直由它獨(dú)占，即使是它無(wú)數(shù)據(jù)傳送，通道被閑置，也不允許其它設(shè)備使用該通道，直至該設(shè)備傳送完畢釋放該通道。它的優(yōu)點(diǎn)是傳輸速度高，缺點(diǎn)是一次只能控制一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行I/O操作，利用率低。它主要用來(lái)控制高速外設(shè)。如磁盤選擇通道2022/12/21數(shù)組選擇通道：選擇通道2022/12/19

數(shù)組多路通道：

這種通道是上述兩種通道的折中，可以分時(shí)的方式執(zhí)行多道程序，每道程序可傳送一組數(shù)據(jù)。因而這種通道既具有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率，又能獲得令人滿意的通道利用率。也正因此，才使該通道能被廣泛地用于連接多臺(tái)高、中速的外圍設(shè)備，其數(shù)據(jù)傳送是按數(shù)組方式進(jìn)行的。

在一大型系統(tǒng)中可以同時(shí)存在這三種類型的通道以便控制各種不同類型的設(shè)備。2022/12/21數(shù)組多路通道：2022/12/19通道

I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 在大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中較為典型的I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是主機(jī)、通道、控制器和外部設(shè)備。2022/12/21通道I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2022/12/19“瓶頸”問(wèn)題

圖5-4單通路I/O系統(tǒng)2022/12/21“瓶頸”問(wèn)題圖5-4單通路I/O系統(tǒng)2022/12/圖5-5多通路I/O系統(tǒng)解決“瓶頸”問(wèn)題的最有效方法就是增加設(shè)備到主機(jī)間的通路而不增加通道

2022/12/21圖5-5多通路I/O系統(tǒng)解決“瓶頸”問(wèn)題的最有效方法就練習(xí)通道是I/O處理機(jī)，它用于實(shí)現(xiàn)______之間的信息傳輸；____用作連接大量的低速或中速設(shè)備；A、數(shù)據(jù)選擇通道B、字節(jié)多路通道C、數(shù)據(jù)多路通道按_____分類可將設(shè)備分為塊設(shè)備和字符設(shè)備。A、從屬關(guān)系B、操作特性C、共享屬性D、信息交換單位2022/12/21練習(xí)通道是I/O處理機(jī)，它用于實(shí)現(xiàn)______之間的信息傳輸練習(xí)硬盤屬于(

)

A、字符型設(shè)備

B、獨(dú)占型設(shè)備

C、塊設(shè)備

D、虛擬設(shè)備

所有的塊型設(shè)備都是共享設(shè)備。(

)打印機(jī)是一類典型的塊設(shè)備。（）選擇通道主要用于連接低速設(shè)備.

（）2022/12/21練習(xí)硬盤屬于(

)2022/12/196.3中斷機(jī)構(gòu)和中斷處理程序中斷的簡(jiǎn)介中斷是由于某些事件的出現(xiàn)，中止現(xiàn)行進(jìn)程的執(zhí)行，而轉(zhuǎn)去處理出現(xiàn)的事件，中斷事件處理完后，再繼續(xù)運(yùn)行被中止進(jìn)程的過(guò)程。在這里引起中斷的事件稱為中斷源。中斷事件通常由硬件發(fā)現(xiàn)中斷的處理對(duì)出現(xiàn)的事件進(jìn)行處理的程序稱為中斷處理程序。中斷處理程序是由操作系統(tǒng)處理的，屬于操作系統(tǒng)的組成部分2022/12/216.3中斷機(jī)構(gòu)和中斷處理程序中斷的簡(jiǎn)介2022/12/19中斷的簡(jiǎn)介2022/12/21中斷的簡(jiǎn)介2022/12/19中斷的簡(jiǎn)介

2022/12/21中斷的簡(jiǎn)介2022/12/19中斷的處理中斷處理過(guò)程①測(cè)定是否有未響應(yīng)的中斷信號(hào)。②保護(hù)被中斷進(jìn)程的CPU環(huán)境。③轉(zhuǎn)入相應(yīng)的設(shè)備處理程序。④中斷處理。⑤恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，退出中斷。2022/12/21中斷的處理中斷處理過(guò)程2022/12/19圖6-10中斷現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)示意圖

2022/12/21圖6-10中斷現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)示意圖2022/12/19圖6-11中斷處理流程2022/12/21圖6-11中斷處理流程2022/12/196.4設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備處理程序通常又稱為設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，它是I/O進(jìn)程與設(shè)備控制器之間的通信程序，又由于它常以進(jìn)程的形式存在，所以簡(jiǎn)稱之為設(shè)備驅(qū)動(dòng)進(jìn)程主要任務(wù)：接收上層軟件發(fā)來(lái)的抽象要求，把它轉(zhuǎn)換為具體要求后，發(fā)送給設(shè)備控制器，啟動(dòng)設(shè)備去執(zhí)行。也將由設(shè)備控制器發(fā)來(lái)的信號(hào)傳送給上層軟件。通常，每一類設(shè)備配置一種驅(qū)動(dòng)程序。2022/12/216.4設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備處理程序通常又稱為設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，它是設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能和特點(diǎn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能一是接收設(shè)備獨(dú)立性軟件發(fā)來(lái)的命令和參數(shù)，把抽象要求轉(zhuǎn)化為具體要求。二是檢查用戶I/O請(qǐng)求的合法性，了解I/O設(shè)備的狀態(tài)，傳遞有關(guān)參數(shù)，設(shè)置設(shè)備的工作方式。三是發(fā)出I/O命令，啟動(dòng)分配到的I/O設(shè)備，完成指定的I/O操作。四是及時(shí)響應(yīng)由控制器或通道發(fā)來(lái)的中斷請(qǐng)求，并根據(jù)其中斷類型調(diào)用相應(yīng)的中斷處理程序進(jìn)行處理。2022/12/21設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能和特點(diǎn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能2022/12/設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能和特點(diǎn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的特點(diǎn)一是驅(qū)動(dòng)程序主要是在請(qǐng)求I/O的進(jìn)程與設(shè)備控制器之間的一個(gè)通信程序。二是驅(qū)動(dòng)程序與I/O設(shè)備的特性密切相關(guān)。三是驅(qū)動(dòng)程序與I/O控制方式緊密相關(guān)。四是驅(qū)動(dòng)程序與硬件緊密相關(guān)，其部分被固化在ROM中。五是驅(qū)動(dòng)程序應(yīng)允許可重入六是驅(qū)動(dòng)程序不允許系統(tǒng)調(diào)用。2022/12/21設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能和特點(diǎn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的特點(diǎn)2022/12/1設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能和特點(diǎn)設(shè)備處理的方式一是為每一類設(shè)備設(shè)置一個(gè)進(jìn)程，它專門執(zhí)行這類設(shè)備的I/O操作。二是在整個(gè)系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)I/O進(jìn)程，專門負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)中所有各類設(shè)備的I/O操作。三是不設(shè)置專門的設(shè)備處理進(jìn)程，只為各類設(shè)備設(shè)置相應(yīng)的設(shè)備處理程序，供用戶進(jìn)程或系統(tǒng)進(jìn)程調(diào)用。2022/12/21設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能和特點(diǎn)設(shè)備處理的方式2022/12/19設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的處理過(guò)程主要任務(wù)：?jiǎn)?dòng)指定設(shè)備將抽象要求轉(zhuǎn)化為具體要求檢查I/O請(qǐng)求的合法性讀出和檢查設(shè)備的狀態(tài)傳送必要的參數(shù)設(shè)置工作方式啟動(dòng)I/O設(shè)備2022/12/21設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的處理過(guò)程主要任務(wù)：?jiǎn)?dòng)指定設(shè)備2022/12/練習(xí)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與（）密切相關(guān)，如果計(jì)算機(jī)中配置有一個(gè)光盤，一個(gè)軟盤，一個(gè)硬盤，此時(shí)應(yīng)為它們配置（）種外存設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。如果系統(tǒng)中連接有四個(gè)相同的終端設(shè)備，此時(shí)應(yīng)為它們配置（）個(gè)終端設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序2022/12/21練習(xí)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與（）密切相關(guān)，如果計(jì)算機(jī)中配置有一個(gè)6.4.3對(duì)I/O設(shè)備控制方式輪詢的可編程I/O方式I/O中斷方式DMA方式通道方式中斷DMA通道2022/12/216.4.3對(duì)I/O設(shè)備控制方式輪詢的可編程I/O方式中1程序I/O方式早期，I/O控制器是OS同硬件之間的接口p(147)。它有兩個(gè)寄存器：數(shù)據(jù)緩沖寄存器、控制/狀態(tài)寄存器。狀態(tài)控制寄存器有一個(gè)標(biāo)志忙/閑的標(biāo)志位busy。CPU外部設(shè)備控制邏輯電路控制寄存器I/O控制器數(shù)據(jù)寄存器2022/12/211程序I/O方式早期，I/O控制器是OS同硬件之間的接口p工作過(guò)程以輸入為例1、把busy置12、反復(fù)測(cè)試busy，為1表示輸入機(jī)尚未輸完一個(gè)字，處理機(jī)應(yīng)繼續(xù)對(duì)該標(biāo)志進(jìn)行測(cè)試，轉(zhuǎn)2，為0表示輸入機(jī)已將輸入數(shù)據(jù)送入控制器的數(shù)據(jù)寄存器中，轉(zhuǎn)33、把數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中讀走，并置busy為1。所謂“程序循環(huán)測(cè)試”的數(shù)據(jù)傳輸方式，就是指用戶進(jìn)程使用啟動(dòng)設(shè)備后，不斷地執(zhí)行測(cè)試指令，去測(cè)試所啟動(dòng)設(shè)備的狀態(tài)寄存器。只有在狀態(tài)寄存器出現(xiàn)了所需要的狀態(tài)后，才停止測(cè)試工作，完成輸入/輸出。忙----等待方式2022/12/21工作過(guò)程以輸入為例2022/12/19

在程序I/O方式中，由于CPU的高速性和I/O設(shè)備的低速性，致使CPU的絕大部分時(shí)間都處于等待I/O設(shè)備完成數(shù)據(jù)I/O的循環(huán)測(cè)試中，造成對(duì)CPU的極大浪費(fèi)。在該方式中，CPU之所以要不斷地測(cè)試I/O設(shè)備的狀態(tài)，就是因?yàn)樵贑PU中無(wú)中斷機(jī)構(gòu)，使I/O設(shè)備無(wú)法向CPU報(bào)告它已完成了一個(gè)字符的輸入操作。2022/12/21在程序I/O方式中，由于CPU的高速2I/O中斷方式I/O控制器能發(fā)中斷。工作過(guò)程：1、發(fā)出啟動(dòng)某設(shè)備的命令，本進(jìn)程（A）變?yōu)榈却隣顟B(tài)，轉(zhuǎn)進(jìn)程調(diào)度，調(diào)度另一進(jìn)程B。2、輸入完成時(shí)，控制器發(fā)出中斷，中斷B，通過(guò)中斷進(jìn)入中斷處理程序。3、在中斷處理程序中把數(shù)據(jù)緩沖寄存器中的數(shù)取走，放入內(nèi)存特定位置M，喚醒等待進(jìn)程A，中斷返回到B的斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行。4、在以后的某個(gè)時(shí)刻O(píng)S調(diào)度要求輸入的進(jìn)程A。A從M取數(shù)處理。

2022/12/212I/O中斷方式I/O控制器能發(fā)中斷。2022/12/192022/12/212022/12/19在I/O設(shè)備輸入每個(gè)數(shù)據(jù)的過(guò)程中，由于無(wú)須CPU干預(yù)，因而可使CPU與I/O設(shè)備并行工作。僅當(dāng)輸完一個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，才需CPU花費(fèi)極短的時(shí)間去做些中斷處理?？梢?jiàn)，這樣可使CPU和I/O設(shè)備都處于忙碌狀態(tài)，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的資源利用率及吞吐量。例如，從終端輸入一個(gè)字符的時(shí)間約為100ms，而將字符送入終端緩沖區(qū)的時(shí)間小于0.1ms。若采用程序I/O方式，CPU約有99.9ms的時(shí)間處于忙—等待中。采用中斷驅(qū)動(dòng)方式后，CPU可利用這99.9ms的時(shí)間去做其它事情，而僅用0.1ms的時(shí)間來(lái)處理由控制器發(fā)來(lái)的中斷請(qǐng)求?？梢?jiàn)，中斷驅(qū)動(dòng)方式可以成百倍地提高CPU的利用率。

2022/12/21在I/O設(shè)備輸入每個(gè)數(shù)據(jù)的過(guò)程中，由于無(wú)須CP分析同前相比，CPU利用率大大提高。缺點(diǎn)：每臺(tái)設(shè)備每輸入輸出一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)都有一次中斷。如果設(shè)備較多時(shí)，中斷次數(shù)會(huì)很多，使CPU的計(jì)算時(shí)間大大減少。為減少中斷對(duì)CPU造成的負(fù)擔(dān)，可采用DMA方式和通道方式。2022/12/21分析同前相比，CPU利用率大大提高。2022/12/193直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)（DMA）方式直接存儲(chǔ)器存取控制方式的概念是指對(duì)I/O設(shè)備的控制由DMA控制器完成，在DMA控制器的作用下，設(shè)備和主存之間可以成批地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，而不用CPU的干涉。2022/12/213直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)（DMA）方式直接存儲(chǔ)器存取控制方式的概念5.2.3DMA方式直接存儲(chǔ)器存取控制方式的概念該方式的特點(diǎn)是：①數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締挝皇菙?shù)據(jù)塊，即在CPU與I/O設(shè)備之間，每次傳送至少一個(gè)數(shù)據(jù)塊；②所傳送的數(shù)據(jù)是從設(shè)備直接送入內(nèi)存的，或者相反；③僅在傳送一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)塊的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)，才需CPU干預(yù)，整塊數(shù)據(jù)的傳送是在控制器的控制下完成的?？梢?jiàn)，DMA方式較之中斷驅(qū)動(dòng)方式，又是成百倍地減少了CPU對(duì)I/O的干預(yù)，進(jìn)一步提高了CPU與I/O設(shè)備的并行操作程度。

2022/12/215.2.3DMA方式直接存儲(chǔ)器存取控制方式的概念2022DMA方式 控制器功能更強(qiáng)，除有中斷功能外，還有一個(gè)DMA控制機(jī)構(gòu)。在DMA控制器的控制下，設(shè)備同主存之間可成批交換數(shù)據(jù)，不用CPU干預(yù)。DMA控制器組成：主機(jī)與DMA控制器的接口；DMA控制器與塊設(shè)備的接口；I/O控制邏輯2022/12/21DMA方式 控制器功能更強(qiáng)，除有中斷功能外，還有一個(gè)DMA控DMA方式

DMA控制器組成：主機(jī)與DMA控制器的接口；DMA控制器與塊設(shè)備的接口；I/O控制邏輯為了實(shí)現(xiàn)在主機(jī)與控制器之間的成塊數(shù)據(jù)的直接交換，須在DMA控制器中設(shè)置如下四類寄存器：命令/狀態(tài)寄存器CR；內(nèi)存地址寄存器MAR；數(shù)據(jù)寄存器DR；數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器DC。2022/12/21DMA方式 DMA控制器組成：主機(jī)與DMA控制器的接口；DMDMA方式工作過(guò)程直接存儲(chǔ)器存取控制方式的步驟(P197)①當(dāng)進(jìn)程要求設(shè)備輸入一批數(shù)據(jù)時(shí)，CPU將設(shè)備存放輸入數(shù)據(jù)的內(nèi)存始址以及要傳送的字節(jié)數(shù)分別送入DMA控制器中的地址寄存器MAR和數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器DC；另外，還要將磁盤中的源地址直接送至DMA控制器的I/O控制邏輯上。②發(fā)出數(shù)據(jù)要求的進(jìn)程進(jìn)入等待狀態(tài)，進(jìn)程調(diào)度程序調(diào)度其他進(jìn)程占據(jù)CPU。③輸入設(shè)備不斷從磁盤中讀入一個(gè)字的數(shù)據(jù)并送入數(shù)據(jù)寄存器DR中，再挪用一個(gè)存儲(chǔ)器周期，將數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)寫(xiě)入內(nèi)存，MAR+1，DC-1，若DC不為0則繼續(xù)傳下一個(gè)字。④DMA控制器在傳送字節(jié)數(shù)完成時(shí)，通過(guò)中斷請(qǐng)求線發(fā)出中斷信號(hào)，CPU收到中斷信號(hào)后轉(zhuǎn)中斷處理程序，喚醒等待輸入完成的進(jìn)程，并返回被中斷的程序。⑤在以后的某個(gè)時(shí)刻，進(jìn)程調(diào)度程序選中提出請(qǐng)求輸入的進(jìn)程，該進(jìn)程從指定的內(nèi)存始址取出數(shù)據(jù)做進(jìn)一步處理。2022/12/21DMA方式工作過(guò)程直接存儲(chǔ)器存取控制方式的步驟(P197)3.DMA工作過(guò)程圖5-9DMA方式的工作流程

2022/12/213.DMA工作過(guò)程圖5-9DMA方式的工作流程20直接存儲(chǔ)器存取控制直接存儲(chǔ)器存取控制方式的特點(diǎn)I/O數(shù)據(jù)傳輸速度快，CPU負(fù)擔(dān)少。在DMA方式下，數(shù)據(jù)的傳送方向、存放數(shù)據(jù)的內(nèi)存始址及傳送數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度等都由CPU控制。每臺(tái)設(shè)備需要配一個(gè)DMA控制器。2022/12/21直接存儲(chǔ)器存取控制直接存儲(chǔ)器存取控制方式的特點(diǎn)2022/12DMA方式與中斷的主要區(qū)別中斷方式是在數(shù)據(jù)緩沖寄存區(qū)滿后，發(fā)中斷請(qǐng)求，CPU進(jìn)行中斷處理

DMA方式則是在所要求傳送的數(shù)據(jù)塊全部傳送結(jié)束時(shí)要求CPU進(jìn)行中斷處理大大減少了CPU進(jìn)行中斷處理的次數(shù)中斷方式的數(shù)據(jù)傳送是由CPU控制完成的而DMA方式則是在DMA控制器的控制下不經(jīng)過(guò)CPU控制完成的2022/12/21DMA方式與中斷的主要區(qū)別中斷方式是在數(shù)據(jù)緩沖寄存區(qū)滿后，發(fā)實(shí)現(xiàn)流程2022/12/21實(shí)現(xiàn)流程2022/12/194I/O通道控制方式

1.I/O通道控制方式的引入

雖然DMA方式比起中斷方式來(lái)，已經(jīng)顯著地減少了CPU的干預(yù)，即已由以字(節(jié))為單位的干預(yù)減少到以數(shù)據(jù)塊為單位的干預(yù)，但CPU每發(fā)出一條I/O指令，也只能去讀一個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)塊，要是一次去讀多個(gè)數(shù)據(jù)塊且將它們分別傳送到不同的內(nèi)存區(qū)域，則須由CPU發(fā)出多條I/O指令，進(jìn)行多次中斷。

2022/12/214I/O通道控制方式1.I/O通道控制方式的引入5.2.4I/O通道控制方式

1.I/O通道控制方式的引入

I/O通道方式是DMA方式的發(fā)展，它可進(jìn)一步減少CPU的干預(yù)，即把對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)塊的讀(或?qū)?為單位的干預(yù)，減少為對(duì)一組數(shù)據(jù)塊的讀(或?qū)?及有關(guān)的控制和管理為單位的干預(yù)。同時(shí)，又可實(shí)現(xiàn)CPU、通道和I/O設(shè)備三者的并行操作，從而更有效地提高整個(gè)系統(tǒng)的資源利用率。例如，當(dāng)CPU要完成一組相關(guān)的讀(或?qū)?操作及有關(guān)控制時(shí)，只需向I/O通道發(fā)送一條I/O指令，以給出其所要執(zhí)行的通道程序的首址和要訪問(wèn)的I/O設(shè)備，通道接到該指令后，通過(guò)執(zhí)行通道程序便可完成CPU指定的I/O任務(wù)。

2022/12/215.2.4I/O通道控制方式1.I/O通道控制方式的2通道程序通道有它自己的指令系統(tǒng)，用一系列通道指令構(gòu)成的程序叫通道程序。通道通過(guò)執(zhí)行通道程序，并與設(shè)備控制器共同實(shí)現(xiàn)對(duì)I/O設(shè)備的控制。通道只能執(zhí)行通道程序，不可能執(zhí)行用戶進(jìn)程。

2022/12/212通道程序通道有它自己的指令系統(tǒng)，用一系列通道指令構(gòu)成通道有自己的指令系統(tǒng)，它與一般的機(jī)器指令不同，在它的每條指令中都包含下列諸信息：操作碼；內(nèi)存地址；計(jì)數(shù)；通道程序結(jié)束位P；記錄結(jié)束標(biāo)志R2022/12/21通道有自己的指令系統(tǒng)，它與一般的機(jī)器指令不同，在它的每條指令操作PR計(jì)數(shù)內(nèi)存地址WRITE0080813WRITE001401034WRITE01605830WRITE013002000WRITE002501850WRITE112507202022/12/21操作PR計(jì)數(shù)內(nèi)存地址WRITE0080813WRITE0若干通道命令字構(gòu)成一個(gè)“通道程序”，它規(guī)定了設(shè)備應(yīng)該執(zhí)行的各種操作和順序。在CPU啟動(dòng)通道后，由通道執(zhí)行通道程序，完成CPU所交給的I/O任務(wù)。通常，通道程序存放在通道自己的存儲(chǔ)部件里。當(dāng)通道中沒(méi)有存儲(chǔ)部件時(shí)，就存放在內(nèi)存儲(chǔ)器里。這時(shí)，為了使通道能取到通道程序去執(zhí)行，必須把存放通道程序的內(nèi)存起始地址告訴通道。存放這個(gè)起始地址的內(nèi)存固定單元，被稱為“通道地址字”。2022/12/21若干通道命令字構(gòu)成一個(gè)“通道程序”，它規(guī)定了設(shè)備應(yīng)該執(zhí)行的各通道的工作過(guò)程某進(jìn)程在運(yùn)行過(guò)程中，若提出了I/O請(qǐng)求，只需向通道I/O通道發(fā)一條I/O指令，以給出其所要執(zhí)行的通道程序的始址和要訪問(wèn)的I/O設(shè)備；用戶進(jìn)程阻塞以等待I/O完成通道則通過(guò)執(zhí)行通道程序控制設(shè)備控制器，控制設(shè)備完成指定的I/O任務(wù)。發(fā)出中斷信號(hào)通知CPU通道程序已執(zhí)行完成。CPU響應(yīng)中斷，進(jìn)行善后處理并喚醒被阻塞的用戶進(jìn)程2022/12/21通道的工作過(guò)程某進(jìn)程在運(yùn)行過(guò)程中，若提出了I/O請(qǐng)求，只需向

通道是一種特殊的（），具有（）能力。主機(jī)的CPU與通道可以并行工作，并通過(guò)（）實(shí)現(xiàn)彼此之間的通信和同步。1、I/O設(shè)備2、設(shè)備控制器3、處理機(jī)4、I/O控制器1、執(zhí)行I/O指令集2、執(zhí)行CPU指令集

3、傳輸I/O命令4、運(yùn)行I/O進(jìn)程1、I/O指令2、I/O中斷3、I/O指令和I/O中斷4、操作員2022/12/21通道是一種特殊的（），具有（）能力。主機(jī)的CPU與通道可以

在程序I/O方式中，對(duì)于輸出設(shè)備，準(zhǔn)備就緒就是指1、輸出緩沖區(qū)已空2、輸出緩沖區(qū)已有數(shù)據(jù)

3、輸出設(shè)備已開(kāi)始工作4、輸出設(shè)備已收到I/O指令不使用中斷機(jī)制的I/O控制方式是_____如果I/O設(shè)備與存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換不經(jīng)過(guò)CPU來(lái)完成，這種數(shù)據(jù)交換方式是_____。A、程序查詢B、中斷方式C、DMA方式在中斷驅(qū)動(dòng)方式中，CPU是以______為單位對(duì)I/O進(jìn)行干預(yù)的；DMA方式時(shí)，是以______為單位進(jìn)行干預(yù)的；I/O通道方式是以______為單位進(jìn)行干預(yù)的。2022/12/21在程序I/O方式中，對(duì)于輸出設(shè)備，準(zhǔn)備就緒就是指2022/6.5設(shè)備無(wú)關(guān)的I/O軟件設(shè)備獨(dú)立性概念（設(shè)備無(wú)關(guān)性）應(yīng)用程序中所使用的設(shè)備，不局限于使用某個(gè)具體的物理設(shè)備。應(yīng)用程序獨(dú)立于具體使用的物理設(shè)備。在應(yīng)用程序中，使用邏輯設(shè)備名稱來(lái)請(qǐng)求使用某類設(shè)備。系統(tǒng)在實(shí)際執(zhí)行時(shí)，必須使用物理設(shè)備名稱2022/12/216.5設(shè)備無(wú)關(guān)的I/O軟件設(shè)備獨(dú)立性概念（設(shè)備無(wú)關(guān)性）202設(shè)備獨(dú)立性設(shè)備獨(dú)立性好處（設(shè)備無(wú)關(guān)性）設(shè)備分配時(shí)的靈活性。如果一個(gè)系統(tǒng)中有若干臺(tái)相同的設(shè)備，用戶編程時(shí)不指定使用哪一個(gè)具體的設(shè)備，而僅說(shuō)明要使用哪一類設(shè)備，系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前這一類設(shè)備的具體狀況給用戶分配一臺(tái)具體的設(shè)備。易于實(shí)現(xiàn)I/O重定向。用于I/O操作的設(shè)備可以更換（重定向），而不必改變應(yīng)用程序。例如有一程序要求輸入信息，可以從各種不同類型的輸入設(shè)備上給程序輸入數(shù)據(jù)，則稱該程序是獨(dú)立于不同類型的輸入設(shè)備的。2022/12/21設(shè)備獨(dú)立性設(shè)備獨(dú)立性好處（設(shè)備無(wú)關(guān)性）2022/12/19設(shè)備獨(dú)立性邏輯設(shè)備名到物理設(shè)備名映射的實(shí)現(xiàn)邏輯設(shè)備表LUT將應(yīng)用程序中所使用的邏輯設(shè)備名映射為物理設(shè)備名。2022/12/21設(shè)備獨(dú)立性邏輯設(shè)備名到物理設(shè)備名映射的實(shí)現(xiàn)2022/12/1設(shè)備獨(dú)立性設(shè)備獨(dú)立性軟件驅(qū)動(dòng)程序是一個(gè)與硬件緊密相關(guān)的軟件，為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備獨(dú)立性，必須在其上設(shè)置一層軟件稱為設(shè)備獨(dú)立性軟件。其功能有執(zhí)行所有設(shè)備的公有操作這些公有操作包括：①設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的統(tǒng)一接口，無(wú)論何種設(shè)備，它們向用戶所提供的接口應(yīng)該是相同的。例如，對(duì)各種設(shè)備的讀操作，在應(yīng)用程序中都使用read;而對(duì)各種設(shè)備的寫(xiě)操作，也都使用write；并將邏輯設(shè)備名映射為物理設(shè)備名，進(jìn)一步可以找到相應(yīng)物理設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序；對(duì)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，禁止用戶直接訪問(wèn)設(shè)備；②緩沖管理，即對(duì)字符設(shè)備和塊設(shè)備的緩沖區(qū)進(jìn)行有效的管理，以提高I/O的效率；③差錯(cuò)控制。設(shè)備獨(dú)立性軟件只處理那些設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序無(wú)法處理的錯(cuò)誤。④對(duì)獨(dú)立設(shè)備的分配與回收；⑤提供獨(dú)立于設(shè)備的邏輯塊。向用戶層(或文件層)軟件提供統(tǒng)一接口

2022/12/21設(shè)備獨(dú)立性設(shè)備獨(dú)立性軟件2022/12/19程序員利用系統(tǒng)調(diào)用打開(kāi)I/O設(shè)備時(shí)，通常使用的設(shè)備標(biāo)識(shí)是（2009）A.邏輯設(shè)備名B.物理設(shè)備名C.主設(shè)備號(hào)D.從設(shè)備號(hào)本地用戶通過(guò)鍵盤登陸系統(tǒng)是，首先獲得鍵盤輸入信息的程序是()。（2010）A.命令解釋程序B.中斷處理程序 C.系統(tǒng)調(diào)用程序 D.用戶登錄程序2022/12/21程序員利用系統(tǒng)調(diào)用打開(kāi)I/O設(shè)備時(shí)，通常使用的設(shè)備標(biāo)識(shí)是（26.5.3設(shè)

備

分

配在多道程序環(huán)境下，系統(tǒng)中的設(shè)備供所有進(jìn)程共享，為防止諸進(jìn)程對(duì)系統(tǒng)資源的無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)，特規(guī)定系統(tǒng)設(shè)備不允許用戶自行使用，必須由系統(tǒng)統(tǒng)一分配。每當(dāng)進(jìn)程向系統(tǒng)提出請(qǐng)求時(shí)，只要是可能和安全的，按一定策略分配為了實(shí)現(xiàn)獨(dú)占設(shè)備分配，必須在系統(tǒng)中設(shè)置相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2022/12/216.5.3設(shè)備分配在多道程序環(huán)境下，系統(tǒng)中的設(shè)備供所設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)從前面所學(xué)內(nèi)容中我們知道，創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程時(shí)，開(kāi)辟一個(gè)進(jìn)程控制塊PCB，以便隨時(shí)記錄進(jìn)程的信息；在把一個(gè)作業(yè)提交給系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)也是開(kāi)辟一個(gè)作業(yè)控制塊JCB，以便隨時(shí)記錄作業(yè)的信息。為了管理系統(tǒng)中的外部設(shè)備，操作系統(tǒng)仍然采用這種老辦法：為每一臺(tái)設(shè)備開(kāi)辟一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)，隨時(shí)記錄系統(tǒng)中每一個(gè)設(shè)備的基本信息，這個(gè)存儲(chǔ)區(qū)被稱為“設(shè)備控制表DCT（DeviceControlTable）”。2022/12/21設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)從前面所學(xué)內(nèi)容中我們知道，創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程時(shí)設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)備控制表（DCT）系統(tǒng)為每個(gè)設(shè)備配置一張?jiān)O(shè)備控制表，用于記錄設(shè)備的特性及I/O控制器連接的情況。

控制器控制表（COCT）每個(gè)控制器配置一張表，它反映控制器的使用情況等。

通道控制表（CHCT）為每個(gè)通道配置一張表，它反映通道的使用狀態(tài)。系統(tǒng)設(shè)備表（SDT）它記錄已被連接到系統(tǒng)中的所有物理設(shè)備的情況，每個(gè)物理設(shè)備占一個(gè)表目。整個(gè)系統(tǒng)配置一張。

2022/12/21設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)備控制表（DCT）2022/12/1下圖左側(cè)的“DCT”，表示系統(tǒng)中所有外部設(shè)備的DCT的集合；中間是對(duì)其中的第i個(gè)設(shè)備的DCT放大，給出了DCT中可能有的一些表項(xiàng)。不難理解，隨著系統(tǒng)的不同，DCT中所含的內(nèi)容也不同。DCT2022/12/21下圖左側(cè)的“DCT”，表示系統(tǒng)中所有外部設(shè)備的DCT的集合；DCTDCT1DCTiDCTnDCTi圖：設(shè)備控制表及設(shè)備請(qǐng)求隊(duì)列忙/閑等待/不等待與設(shè)備連接的控制器表指針重復(fù)執(zhí)行次數(shù)（出錯(cuò)時(shí)重新傳送的次數(shù)）2022/12/21DCTDCT1DCTiDCTnDCTi圖：設(shè)備控制表及設(shè)備請(qǐng)DCT由于設(shè)備控制表DCT中存放的是一臺(tái)具體設(shè)備的有關(guān)信息，找到一個(gè)設(shè)備的DCT，就得到了該設(shè)備的特性、各種參數(shù)、使用情況等，所以DCT是設(shè)備管理中最重要的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。2022/12/21DCT由于設(shè)備控制表DCT中存放的是一臺(tái)具體設(shè)備的有關(guān)信息，控制器控制表和通道控制表2022/12/21控制器控制表和通道控制表2022/12/19為了管理設(shè)備，系統(tǒng)除了為每個(gè)設(shè)備設(shè)置DCT外，整個(gè)系統(tǒng)還要有一張所謂的“系統(tǒng)設(shè)備表（SDT—SystemDeviceTable）”。系統(tǒng)初啟時(shí)，每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的以及用戶提供的外部設(shè)備，在該表中都有一個(gè)表目，表目?jī)?nèi)容可以有該外部設(shè)備的標(biāo)識(shí)、所屬的類型以及它的設(shè)備控制表DCT的指針（即DCT所在的起始地址），如下圖所示。2022/12/21為了管理設(shè)備，系統(tǒng)除了為每個(gè)設(shè)備設(shè)置DCT外，整個(gè)系統(tǒng)還要有2022/12/212022/12/19設(shè)備分配應(yīng)考慮的因素設(shè)備的固有屬性設(shè)備的分配算法設(shè)備分配的安全性2022/12/21設(shè)備分配應(yīng)考慮的因素設(shè)備的固有屬性2022/12/19設(shè)備分配應(yīng)考慮的因素設(shè)備的固有屬性獨(dú)占性：在使用上具有排它性的設(shè)備。當(dāng)一個(gè)作業(yè)進(jìn)程在使用某種設(shè)備時(shí)，別的作業(yè)進(jìn)程就只能等到該進(jìn)程使用完畢后才能用，那么這種設(shè)備就是獨(dú)享設(shè)備。鍵盤輸入機(jī)、磁帶機(jī)和打印機(jī)等都是典型的獨(dú)享設(shè)備。獨(dú)占設(shè)備：采用獨(dú)享分配策略，即將一個(gè)設(shè)備分配給某進(jìn)程后，便由該進(jìn)程獨(dú)占，直至該進(jìn)程完成或釋放該設(shè)備。缺點(diǎn)：設(shè)備得不到充分利用，可能引起死鎖2022/12/21設(shè)備分配應(yīng)考慮的因素設(shè)備的固有屬性2022/12/19設(shè)備分配應(yīng)考慮的因素設(shè)備的固有屬性共享性：允許多個(gè)進(jìn)程共同時(shí)共享。軟硬盤、光盤等塊設(shè)備都是共享設(shè)備共享設(shè)備：同時(shí)分配給多個(gè)進(jìn)程使用，須注意對(duì)這些進(jìn)程訪問(wèn)該設(shè)備的先后次序進(jìn)行合理調(diào)度。2022/12/21設(shè)備分配應(yīng)考慮的因素設(shè)備的固有屬性2022/12/19設(shè)備分配應(yīng)考慮的因素設(shè)備的固有屬性虛擬性：本身雖是獨(dú)占設(shè)備，但經(jīng)過(guò)某種技術(shù)處理，可以把它改造成虛擬設(shè)備。將一臺(tái)打印機(jī)虛擬成多臺(tái)打印機(jī)虛擬設(shè)備：一臺(tái)可虛擬設(shè)備是可共享的設(shè)備，可以將它同時(shí)分配給多個(gè)進(jìn)程使用，并對(duì)這些訪問(wèn)該（物理設(shè)備）的先后次序進(jìn)行控制2022/12/21設(shè)備分配應(yīng)考慮的因素設(shè)備的固有屬性2022/12/19設(shè)備分配應(yīng)考慮的因素設(shè)備分配算法先來(lái)先服務(wù)：當(dāng)有多個(gè)進(jìn)程對(duì)同一個(gè)設(shè)備提出I/O請(qǐng)求時(shí)，該算法根據(jù)諸進(jìn)程對(duì)某設(shè)備提出請(qǐng)求的先后次序，將這些進(jìn)程排成一個(gè)設(shè)備請(qǐng)求隊(duì)列，總是把設(shè)備首先分配給隊(duì)首進(jìn)程優(yōu)先級(jí)高者優(yōu)先：將優(yōu)先權(quán)高的進(jìn)程排在設(shè)備隊(duì)列前面，對(duì)于優(yōu)先級(jí)相同的I/O請(qǐng)求，則按先來(lái)先服務(wù)原則排隊(duì)2022/12/21設(shè)備分配應(yīng)考慮的因素設(shè)備分配算法2022/12/19設(shè)備分配應(yīng)考慮的因素設(shè)備分配的安全性安全分配方式：每當(dāng)進(jìn)程發(fā)出I/O請(qǐng)求后，便進(jìn)入阻塞狀態(tài)，直到其I/O操作完成時(shí)才被喚醒。一旦獲得某種設(shè)備后便阻塞,使該進(jìn)程不可能再請(qǐng)求任何資源,在它運(yùn)行時(shí)又不保持任何資源。摒棄了“請(qǐng)求和保持”不安全分配方式：進(jìn)程在發(fā)出I/O請(qǐng)求后仍繼續(xù)運(yùn)行，需要時(shí)又發(fā)出第二個(gè)I/O請(qǐng)求、第三個(gè)。。僅當(dāng)進(jìn)程所請(qǐng)求的設(shè)備已被另一進(jìn)程占用時(shí)，請(qǐng)求進(jìn)程才進(jìn)入阻塞狀態(tài)?？赡茉斐伤梨i。須進(jìn)行安全性計(jì)算.2022/12/21設(shè)備分配應(yīng)考慮的因素設(shè)備分配的安全性2022/12/19獨(dú)占設(shè)備的分配程序步驟：分配設(shè)備分配控制器分配通道只有在設(shè)備、控制器和通道三者都分配成功時(shí)，這次的設(shè)備分配才算成功。才可啟動(dòng)該I/O設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。2022/12/21獨(dú)占設(shè)備的分配程序步驟：2022/12/19獨(dú)占設(shè)備的分配程序改進(jìn)：基本分配程序的缺點(diǎn)：進(jìn)程是以物理設(shè)備名來(lái)提出I/O請(qǐng)求的；采用的是單通路的I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，容易產(chǎn)生“瓶頸”現(xiàn)象改進(jìn)方法增加設(shè)備獨(dú)立性：進(jìn)程使用邏輯設(shè)備名請(qǐng)求I/O考慮多通路情況2022/12/21獨(dú)占設(shè)備的分配程序改進(jìn)：2022/12/19設(shè)備獨(dú)立性邏輯設(shè)備名到物理設(shè)備名映射的實(shí)現(xiàn)邏輯設(shè)備表LUT

LUT設(shè)置可采用兩種方式：整個(gè)系統(tǒng)中只設(shè)置一張LUT為每個(gè)用戶設(shè)置一張LUT2022/12/21設(shè)備獨(dú)立性邏輯設(shè)備名到物理設(shè)備名映射的實(shí)現(xiàn)2022/12/1獨(dú)占設(shè)備的分配程序改進(jìn)：2022/12/21獨(dú)占設(shè)備的分配程序改進(jìn)：2022/12/196.6用戶層的I/O軟件大部分的I/O軟件都在操作系統(tǒng)內(nèi)部，但仍有一小部分在用戶層，包括與用戶程序鏈接在一起的庫(kù)函數(shù)，以及完全運(yùn)行于內(nèi)核之外的一些程序。用戶層軟件必須通過(guò)一組系統(tǒng)調(diào)用來(lái)取得操作系統(tǒng)的服務(wù)。2022/12/216.6用戶層的I/O軟件大部分的I/O軟件都在操作系統(tǒng)內(nèi)部，6.6用戶層的I/O軟件2022/12/216.6用戶層的I/O軟件2022/12/19系統(tǒng)調(diào)用與庫(kù)函數(shù)2022/12/21系統(tǒng)調(diào)用與庫(kù)函數(shù)2022/12/196.6.2SPOOLing技術(shù)虛擬性是OS的四大特征之一?？梢酝ㄟ^(guò)多道程序技術(shù)將一臺(tái)物理CPU虛擬為多臺(tái)邏輯CPU，從而允許多個(gè)用戶共享一臺(tái)主機(jī)，那么通過(guò)SPOOLing技術(shù)便可將一臺(tái)物理I/O設(shè)備虛擬為多臺(tái)邏輯I/O設(shè)備虛擬為多臺(tái)邏輯I/O設(shè)備，同樣允許多個(gè)用戶共享一臺(tái)物理I/O設(shè)備。2022/12/216.6.2SPOOLing技術(shù)虛擬性是OS的四脫機(jī)輸入輸出方式（Off-LineI/O）這種脫機(jī)I/O方式的主要優(yōu)點(diǎn)如下：(1)減少了CPU的空閑時(shí)間。(2)提高I/O速度。2022/12/21脫機(jī)輸入輸出方式（Off-LineI/O）這種脫機(jī)I/O方SPOOLing系統(tǒng)SimultaneausPeriphernalOperationsOn-Line(外部設(shè)備同時(shí)聯(lián)機(jī)操作）。在單道批處理時(shí)期，用脫機(jī)I/O可以提高CPU利用率。多道出現(xiàn)后可以利用一道程序來(lái)模擬脫機(jī)I/O中的外圍機(jī)，這樣可實(shí)現(xiàn)在主機(jī)控制下的脫機(jī)I/O功能。我們把這種在聯(lián)機(jī)情況下實(shí)現(xiàn)的同時(shí)外圍操作稱為SPOOLing，也稱為假脫機(jī)操作。2022/12/21SPOOLing系統(tǒng)SimultaneausPeripheSPOOLing系統(tǒng)通過(guò)spooling技術(shù)便可將一臺(tái)物理I/O設(shè)備虛擬為多臺(tái)邏輯I/O設(shè)備，允許多個(gè)用戶共享一臺(tái)物理I/O設(shè)備。2022/12/21SPOOLing系統(tǒng)通過(guò)spoolinSPOOLing系統(tǒng)的組成必須建立在具有多道程序功能的操作系統(tǒng)上，而且還應(yīng)有高速隨機(jī)外存的支持，通常是采用磁盤存儲(chǔ)技術(shù)。1、輸入井和輸出井：在磁盤上開(kāi)辟的兩個(gè)大存儲(chǔ)空間2、輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)：在內(nèi)存中開(kāi)辟的兩個(gè)緩沖區(qū)3、輸入進(jìn)程和輸出進(jìn)程：用兩個(gè)進(jìn)程來(lái)模擬脫機(jī)I/O時(shí)的外圍控制機(jī)。4、井管理程序：用于控制作業(yè)與磁盤井之間的信息交換。2022/12/21SPOOLing系統(tǒng)的組成必須建立在具有多2022/12/212022/12/19SPOOLing系統(tǒng)的特點(diǎn)1、提高了I/O速度2、將獨(dú)占設(shè)備改造為共享設(shè)備3、實(shí)現(xiàn)了虛擬設(shè)備功能2022/12/21SPOOLing系統(tǒng)的特點(diǎn)1、提高了I/O速度2022/12共享打印機(jī)共享打印機(jī)技術(shù)已被廣泛地用于多用戶系統(tǒng)和局域網(wǎng)絡(luò)中。2022/12/21共享打印機(jī)共享打印機(jī)技術(shù)已被廣泛地用于多共享打印機(jī)共享打印機(jī)技術(shù)已被廣泛地用于多用戶系統(tǒng)和局域網(wǎng)絡(luò)中。當(dāng)用戶進(jìn)程請(qǐng)求打印輸出時(shí)，SPOOLing系統(tǒng)同意為它打印輸出，但并不真正立即把打印機(jī)分配給該用戶進(jìn)程，而只為它做兩件事：①由輸出進(jìn)程在輸出井中為之申請(qǐng)一個(gè)空閑磁盤塊區(qū)，并將要打印的數(shù)據(jù)送入其中；②輸出進(jìn)程再為用戶進(jìn)程申請(qǐng)一張空白的用戶請(qǐng)求打印表，并將用戶的打印要求填入其中，再將該表掛到請(qǐng)求打印隊(duì)列上。2022/12/21共享打印機(jī)共享打印機(jī)技術(shù)已被廣泛地用于多守護(hù)進(jìn)程共享打印機(jī)技術(shù)已被廣泛地用于多用戶系統(tǒng)和局域網(wǎng)絡(luò)中。當(dāng)用戶進(jìn)程請(qǐng)求打印輸出時(shí)，SPOOLing系統(tǒng)同意為它打印輸出，但并不真正立即把打印機(jī)分配給該用戶進(jìn)程，而只為它做兩件事：①由輸出進(jìn)程在輸出井中為之申請(qǐng)一個(gè)空閑磁盤塊區(qū)，并將要打印的數(shù)據(jù)送入其中；②輸出進(jìn)程再為用戶進(jìn)程申請(qǐng)一張空白的用戶請(qǐng)求打印表，并將用戶的打印要求填入其中，再將該表掛到請(qǐng)求打印隊(duì)列上。2022/12/21守護(hù)進(jìn)程共享打印機(jī)技術(shù)已被廣泛地用于多用練習(xí)1、在采用SPOOLing技術(shù)的系統(tǒng)中，用戶的打印數(shù)據(jù)首先被送到（）A.打印機(jī)B.磁盤固定區(qū)域C.內(nèi)存固定區(qū)域D.終端2、SPOOLing技術(shù)是將一臺(tái)（）虛擬為多臺(tái)（）。2022/12/21練習(xí)1、在采用SPOOLing技術(shù)的系統(tǒng)中，用戶的打印數(shù)據(jù)首SPOOLing是對(duì)脫機(jī)I/O工作方式的模擬，SPOOLing系統(tǒng)中的輸入井是對(duì)脫機(jī)輸入中的_______進(jìn)行模擬。A內(nèi)存輸入緩沖區(qū)B磁盤C外圍控制機(jī)D輸入設(shè)備為實(shí)現(xiàn)設(shè)備分配，應(yīng)為每類設(shè)備配置一張______，在系統(tǒng)中配置一張______；為實(shí)現(xiàn)設(shè)備獨(dú)立性，系統(tǒng)中應(yīng)配置一張______。（1）設(shè)備控制表（2）邏輯設(shè)備表（3）系統(tǒng)設(shè)備表（4）設(shè)備分配表（5）設(shè)備開(kāi)關(guān)表（6）I/O請(qǐng)求表實(shí)現(xiàn)SPOOLing系統(tǒng)時(shí)必須在磁盤上辟出稱為_(kāi)_________和__________的專門區(qū)域，以存放作業(yè)信息和作業(yè)執(zhí)行結(jié)果。

2022/12/21SPOOLing是對(duì)脫機(jī)I/O工作方式的模擬，SPOOLin第6章設(shè)備管理“設(shè)備”泛指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的外部設(shè)備，即除主機(jī)以外的其他所有設(shè)備。在多道程序設(shè)計(jì)環(huán)境下，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)允許多個(gè)用戶作業(yè)同時(shí)在內(nèi)存，它們的運(yùn)行勢(shì)必涉及到I/O設(shè)備。于是，對(duì)于設(shè)備本身，有一個(gè)如何有效利用的問(wèn)題；對(duì)于設(shè)備和CPU，有一個(gè)如何發(fā)揮并行工作能力的問(wèn)題；對(duì)于設(shè)備和用戶，有一個(gè)如何方便使用的問(wèn)題。2022/12/21第6章設(shè)備管理“設(shè)備”泛指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的外部設(shè)備，即除主設(shè)備管理的任務(wù)是完成用戶提出的I/O請(qǐng)求，為用戶分配I/O設(shè)備，提高CPU與I/O設(shè)備的利用率，提高I/O設(shè)備的速度，方便用戶使用I/O設(shè)備。2022/12/21設(shè)備管理的任務(wù)是完成用戶提出的I/O請(qǐng)求，為用戶分配I/O設(shè)6.1.1I/O系統(tǒng)的基本功能方便用戶使用I/O設(shè)備隱藏物理設(shè)備的細(xì)節(jié)與設(shè)備的無(wú)關(guān)性提高CPU和I/O設(shè)備的利用率提高CPU和I/O設(shè)備的利用率對(duì)I/O設(shè)備進(jìn)行控制為用戶的共享設(shè)備時(shí)提供方便確保對(duì)設(shè)備的正確共享錯(cuò)誤處理2022/12/216.1.1I/O系統(tǒng)的基本功能方便用戶使用I/O設(shè)備20226.1.2I/O系統(tǒng)的層次和結(jié)構(gòu)模型I/O層次結(jié)構(gòu)用戶層I/O軟件設(shè)備獨(dú)立性軟件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中斷處理程序2022/12/216.1.2I/O系統(tǒng)的層次和結(jié)構(gòu)模型I/O層次結(jié)構(gòu)20222022/12/21I/O層次結(jié)構(gòu)

用戶層軟件設(shè)備獨(dú)立性軟件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中斷處理程序硬件實(shí)現(xiàn)與用戶交互的接口，產(chǎn)生I/O請(qǐng)求負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)與設(shè)備驅(qū)動(dòng)器的統(tǒng)一接口、設(shè)備命名，設(shè)備的保護(hù)，設(shè)備的分配與釋放，緩沖等。與硬件直接相關(guān)，負(fù)責(zé)具體實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)設(shè)備發(fā)出的操作指令，驅(qū)動(dòng)I/O設(shè)備工作的驅(qū)動(dòng)程序保護(hù)環(huán)境，轉(zhuǎn)入相應(yīng)處理程序，恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)等執(zhí)行I/O操作2022/12/212022/12/19I/O層次結(jié)構(gòu)

用戶層軟件設(shè)備獨(dú)立性軟件2022/12/21操作系統(tǒng)的I/O子系統(tǒng)通常由四個(gè)層次組成，每一層明確定義了與鄰近層次的接口。其合理的層次組織排列順序是(2012)A.用戶級(jí)I/O軟件、設(shè)備無(wú)關(guān)軟件、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、中斷處理程序B、用戶級(jí)I/O軟件、設(shè)備無(wú)關(guān)軟件、中斷處理程序、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序C、用戶級(jí)I/O軟件、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、設(shè)備無(wú)關(guān)軟件、中斷處理程序D、用戶級(jí)I/O軟件、中斷處理程序、設(shè)備無(wú)關(guān)軟件、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序用戶程序發(fā)出磁盤I/O請(qǐng)求后，系統(tǒng)的處理流程是：用戶程序-系統(tǒng)調(diào)用處理程序-設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序-中斷處理程序。其中，計(jì)算數(shù)據(jù)所在磁盤的柱面號(hào)、磁頭號(hào)、扇區(qū)號(hào)的程序是（2011,2013）A、用戶程序B、系統(tǒng)調(diào)用處理程序C、設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序D、中斷處理程序2022/12/212022/12/19操作系統(tǒng)的I/O子系統(tǒng)通常由四個(gè)層次組成2022/12/21I/O層次視圖

用戶層軟件設(shè)備獨(dú)立性軟件設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中斷處理程序硬件I/O系統(tǒng)接口RW/HW接口2022/12/212022/12/19I/O層次視圖

用戶層軟件設(shè)備獨(dú)立性軟件6.1.3I/O系統(tǒng)接口塊設(shè)備接口塊設(shè)備：數(shù)據(jù)的存取和傳輸都是以數(shù)據(jù)塊為單位的設(shè)備。特點(diǎn)：傳輸速率高，可尋址，DMA控制方式隱藏了磁盤的二維結(jié)構(gòu)將抽象命令映射為低層操作流設(shè)備接口字符設(shè)備。特點(diǎn)：傳輸速率低，不可尋址，中斷驅(qū)動(dòng)方式Get操作和put操作In-control指令網(wǎng)絡(luò)接口2022/12/216.1.3I/O系統(tǒng)接口塊設(shè)備接口2022/12/196.2I/O設(shè)備和設(shè)備控制器

I/O設(shè)備由執(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（設(shè)備控制器）組成。2022/12/216.2I/O設(shè)備和設(shè)備控制器2022/12/196.2.1I/O設(shè)備1、I/O設(shè)備的類型按使用特性分存儲(chǔ)設(shè)備：用以存儲(chǔ)信息的主要設(shè)備輸入輸出設(shè)備：輸入設(shè)備,輸出設(shè)備,交互式設(shè)備2022/12/216.2.1I/O設(shè)備1、I/O設(shè)備的類型2022/12/1I/O設(shè)備的分類按傳輸速率分低速設(shè)備：每秒幾個(gè)到數(shù)百字節(jié)。如鍵盤、鼠標(biāo)中速設(shè)備：每秒數(shù)千到數(shù)萬(wàn)字節(jié)。如打印機(jī)高速設(shè)備：每秒數(shù)百K到數(shù)兆。如磁盤、磁帶2022/12/21I/O設(shè)備的分類按傳輸速率分2022/12/19按信息交換的單位分類塊設(shè)備

：

I/O傳輸?shù)膯挝皇菈K，如磁盤、磁帶。特征：速率高（幾兆）、可尋址（可隨機(jī)訪問(wèn)任一塊）、DMA方式驅(qū)動(dòng)。

字符設(shè)備：I/O傳輸?shù)膯挝皇亲止?jié)，如打印機(jī)、modem等。特征：速率較低、不可尋址、中斷驅(qū)動(dòng)。2022/12/21按信息交換的單位分類2022/12/19

按設(shè)備共享屬性分類獨(dú)占型設(shè)備：在任一段時(shí)間內(nèi)最多有一個(gè)進(jìn)程占用它，字符設(shè)備及磁帶機(jī)屬獨(dú)占型設(shè)備。即臨界資源。共享型設(shè)備：多個(gè)進(jìn)程對(duì)它的訪問(wèn)可以交叉進(jìn)行，除磁帶機(jī)外的塊設(shè)備屬共享設(shè)備虛擬設(shè)備：在一類設(shè)備上模擬另一類設(shè)備，常用共享設(shè)備模擬獨(dú)占設(shè)備，用高速設(shè)備模擬低速設(shè)備，被模擬的設(shè)備稱為虛擬設(shè)備2022/12/21按設(shè)備共享屬性分類2022/12/192、設(shè)備與控制器之間的接口通常，設(shè)備不是直接與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)，各對(duì)應(yīng)一條信號(hào)線2022/12/212、設(shè)備與控制器之間的接口通常，設(shè)備不是直接與CPU進(jìn)行通信2、設(shè)備與控制器之間的接口數(shù)據(jù)信號(hào)線用于在設(shè)備和設(shè)備控制器之間傳送數(shù)據(jù)信號(hào)?？刂菩盘?hào)線作為由設(shè)備控制器向I/O設(shè)備發(fā)送控制信號(hào)時(shí)的通路。狀態(tài)信號(hào)線用于傳送指示設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)的信號(hào)。2022/12/212、設(shè)備與控制器之間的接口數(shù)據(jù)信號(hào)線2022/12/196.2.2設(shè)備控制器設(shè)備控制器主要負(fù)責(zé)控制一個(gè)或多個(gè)I/O設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)I/O設(shè)備和計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。它是CPU與I/O設(shè)備之間的接口，接收從CPU發(fā)來(lái)的命令，并控制I/O設(shè)備工作，以使CPU從繁雜的設(shè)備控制事務(wù)中解脫出來(lái)。是一個(gè)可編址設(shè)備，每一個(gè)地址對(duì)應(yīng)一個(gè)設(shè)備。設(shè)備控制器可分為兩類，一類用于控制字符設(shè)備的控制器，另一類是用于控制塊設(shè)備的控制器。在微型機(jī)中的控制器，常做成印刷電路卡，因而也常稱為接口卡2022/12/216.2.2設(shè)備控制器設(shè)備控制器主要負(fù)責(zé)控制一個(gè)或多個(gè)I/O設(shè)設(shè)備控制器的基本功能接收和識(shí)別命令數(shù)據(jù)交換標(biāo)識(shí)和報(bào)告設(shè)備的狀態(tài)地址識(shí)別數(shù)據(jù)緩沖差錯(cuò)控制2022/12/21設(shè)備控制器的基本功能接收和識(shí)別命令2022/12/19設(shè)備控制器的組成由于設(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(lái)的命令去控制設(shè)備的工作的功能，因此現(xiàn)有的大多數(shù)控制器都是由三部分組成設(shè)備控制器與處理機(jī)的接口設(shè)備控制器與設(shè)備的接口I/O邏輯2022/12/21設(shè)備控制器的組成由于設(shè)備控制器位于CPU與設(shè)備之間，它既要與設(shè)備控制器的組成2022/12/21設(shè)備控制器的組成2022/12/196.2.3內(nèi)存映像I/O2022/12/216.2.3內(nèi)存映像I/O2022/12/196.2.3內(nèi)存映像I/O2022/12/216.2.3內(nèi)存映像I/O2022/12/19I/O通道 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)一個(gè)系統(tǒng)配置的設(shè)備較多時(shí)，I/O操作較為頻繁的情況下，CPU可能完全陷入I/O處理，這樣會(huì)大大地降低計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的效率，解決的方法就是用到通道技術(shù)。

2022/12/21I/O通道 雖然在CPU與I/O設(shè)備之間增加了設(shè)備控制器后， 通道方式的目的使一些原來(lái)由CPU處理的I/O任務(wù)轉(zhuǎn)由通道來(lái)承擔(dān)，從而使CPU徹底從I/O中解放出來(lái)。當(dāng)用戶發(fā)出I/O請(qǐng)求后，CPU就把該請(qǐng)求全部交由通道去完成。通道在整個(gè)I/O任務(wù)結(jié)束后，才發(fā)出中斷信號(hào)，請(qǐng)求CPU進(jìn)行善后處理。不僅數(shù)據(jù)傳輸獨(dú)立于CPU,而且I/O操作的組織管理也獨(dú)立于CPU。I/O通道的引入：2022/12/21I/O通道的引入：2022/12/19 為使中央處理機(jī)從繁忙的I/O處理中擺脫出來(lái)，現(xiàn)代大、中型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中設(shè)置了專門的處理I/O操作的處理機(jī)，并把這種處理機(jī)稱為通道。通道在CPU的控制下獨(dú)立地執(zhí)行通道程序，對(duì)外部設(shè)備的I/O操作進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)存與外設(shè)之間成批的數(shù)據(jù)交換。 通道=I/O處理機(jī)

通道概念2022/12/21 為使中央處理機(jī)從繁忙的I/O處理中擺脫出來(lái)，現(xiàn)代大、中型

I/O通道與一般的處理機(jī)不同，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：指令類型單一，這是由于通道硬件比較簡(jiǎn)單，其所能執(zhí)行的命令，主要局限于與I/O操作有關(guān)的指令；通道沒(méi)有自己的內(nèi)存，通道所執(zhí)行的通道程序是放在主機(jī)的內(nèi)存中的，換言之，是通道與CPU共享內(nèi)存。2022/12/21I/O通道與一般的處理機(jī)不同，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：2I/O通道I/O通道的分類字節(jié)多路通道數(shù)據(jù)選擇通道數(shù)組多路通道2022/12/21I/O通道2022/12/19通道的種類字節(jié)多路通道：字節(jié)多路通道是以字節(jié)為基本傳輸單位，通常含有許多非分配型子通道，其數(shù)量從幾十到數(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)主式共享主通道。當(dāng)一個(gè)子通道控制的某臺(tái)外設(shè)交換了一個(gè)字節(jié)后，就轉(zhuǎn)向下一個(gè)子通道，以控制下一臺(tái)設(shè)備傳送一個(gè)字節(jié)。這就實(shí)現(xiàn)了子通道的循環(huán)輪轉(zhuǎn)，以達(dá)到多路控制的目的，字節(jié)多路通道主要用來(lái)控制低速、并且以字節(jié)為基本傳送單位的設(shè)備。如打印機(jī)。2022/12/21通道的種類字節(jié)多路通道：2022/12/192022/12/212022/12/19數(shù)組選擇通道：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。這種通道雖然可以連接多臺(tái)高速設(shè)備，但由于它只含有一個(gè)分配型子通道，在一段時(shí)間內(nèi)只能執(zhí)行一道通道程序，控制一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，致使當(dāng)某臺(tái)設(shè)備占用了該通道后，便一直由它獨(dú)占，即使是它無(wú)數(shù)據(jù)傳送，通道被閑置，也不允許其它設(shè)備使用該通道，直至該設(shè)備傳送完畢釋放該通道。它的優(yōu)點(diǎn)是傳輸速度高，缺點(diǎn)是一次只能控制一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行I/O操作，利用率低。它主要用來(lái)控制高速外設(shè)。如磁盤選擇通道2022/12/21數(shù)組選擇通道：選擇通道2022/12/19

數(shù)組多路通道：

這種通道是上述兩種通道的折中，可以分時(shí)的方式執(zhí)行多道程序，每道程序可傳送一組數(shù)據(jù)。因而這種通道既具有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率，又能獲得令人滿意的通道利用率。也正因此，才使該通道能被廣泛地用于連接多臺(tái)高、中速的外圍設(shè)備，其數(shù)據(jù)傳送是按數(shù)組方式進(jìn)行的。

在一大型系統(tǒng)中可以同時(shí)存在這三種類型的通道以便控制各種不同類型的設(shè)備。2022/12/21數(shù)組多路通道：2022/12/19通道

I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 在大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中較為典型的I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是主機(jī)、通道、控制器和外部設(shè)備。2022/12/21通道I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2022/12/19“瓶頸”問(wèn)題

圖5-4單通路I/O系統(tǒng)2022/12/21“瓶頸”問(wèn)題圖5-4單通路I/O系統(tǒng)2022/12/圖5-5多通路I/O系統(tǒng)解決“瓶頸”問(wèn)題的最有效方法就是增加設(shè)備到主機(jī)間的通路而不增加通道

2022/12/21圖5-5多通路I/O系統(tǒng)解決“瓶頸”問(wèn)題的最有效方法就練習(xí)通道是I/O處理機(jī)，它用于實(shí)現(xiàn)______之間的信息傳輸；____用作連接大量的低速或中速設(shè)備；A、數(shù)據(jù)選擇通道B、字節(jié)多路通道C、數(shù)據(jù)多路通道按_____分類可將設(shè)備分為塊設(shè)備和字符設(shè)備。A、從屬關(guān)系B、操作特性C、共享屬性D、信息交換單位2022/12/21練習(xí)通道是I/O處理機(jī)，它用于實(shí)現(xiàn)______之間的信息傳輸練習(xí)硬盤屬于(

)

A、字符型設(shè)備

B、獨(dú)占型設(shè)備

C、塊設(shè)備

D、虛擬設(shè)備

所有的塊型設(shè)備都是共享設(shè)備。(

)打印機(jī)是一類典型的塊設(shè)備。（）選擇通道主要用于連接低速設(shè)備.

（）2022/12/21練習(xí)硬盤屬于(

)2022/12/196.3中斷機(jī)構(gòu)和中斷處理程序中斷的簡(jiǎn)介中斷是由于某些事件的出現(xiàn)，中止現(xiàn)行進(jìn)程的執(zhí)行，而轉(zhuǎn)去處理出現(xiàn)的事件，中斷事件處理完后，再繼續(xù)運(yùn)行被中止進(jìn)程的過(guò)程。在這里引起中斷的事件稱為中斷源。中斷事件通常由硬件發(fā)現(xiàn)中斷的處理對(duì)出現(xiàn)的事件進(jìn)行處理的程序稱為中斷處理程序。中斷處理程序是由操作系統(tǒng)處理的，屬于操作系統(tǒng)的組成部分2022/12/216.3中斷機(jī)構(gòu)和中斷處理程序中斷的簡(jiǎn)介2022/12/19中斷的簡(jiǎn)介2022/12/21中斷的簡(jiǎn)介2022/12/19中斷的簡(jiǎn)介

2022/12/21中斷的簡(jiǎn)介2022/12/19中斷的處理中斷處理過(guò)程①測(cè)定是否有未響應(yīng)的中斷信號(hào)。②保護(hù)被中斷進(jìn)程的CPU環(huán)境。③轉(zhuǎn)入相應(yīng)的設(shè)備處理程序。④中斷處理。⑤恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，退出中斷。2022/12/21中斷的處理中斷處理過(guò)程2022/12/19圖6-10中斷現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)示意圖

2022/12/21圖6-10中斷現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)示意圖2022/12/19圖6-11中斷處理流程2022/12/21圖6-11中斷處理流程2022/12/196.4設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備處理程序通常又稱為設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，它是I/O進(jìn)程與設(shè)備控制器之間的通信程序，又由于它常以進(jìn)程的形式存在，所以簡(jiǎn)稱之為設(shè)備驅(qū)動(dòng)進(jìn)程主要任務(wù)：接收上層軟件發(fā)來(lái)的抽象要求，把它轉(zhuǎn)換為具體要求后，發(fā)送給設(shè)備控制器，啟動(dòng)設(shè)備去執(zhí)行。也將由設(shè)備控制器發(fā)來(lái)的信號(hào)傳送給上層軟件。通常，每一類設(shè)備配置一種驅(qū)動(dòng)程序。2022/12/216.4設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備處理程序通常又稱為設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，它是設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能和特點(diǎn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能一是接收設(shè)備獨(dú)立性軟件發(fā)來(lái)的命令和參數(shù)，把抽象要求轉(zhuǎn)化為具體要求。二是檢查用戶I/O請(qǐng)求的合法性，了解I/O設(shè)備的狀態(tài)，傳遞有關(guān)參數(shù)，設(shè)置設(shè)備的工作方式。三是發(fā)出I/O命令，啟動(dòng)分配到的I/O設(shè)備，完成指定的I/O操作。四是及時(shí)響應(yīng)由控制器或通道發(fā)來(lái)的中斷請(qǐng)求，并根據(jù)其中斷類型調(diào)用相應(yīng)的中斷處理程序進(jìn)行處理。2022/12/21設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能和特點(diǎn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能2022/12/設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能和特點(diǎn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的特點(diǎn)一是驅(qū)動(dòng)程序主要是在請(qǐng)求I/O的進(jìn)程與設(shè)備控制器之間的一個(gè)通信程序。二是驅(qū)動(dòng)程序與I/O設(shè)備的特性密切相關(guān)。三是驅(qū)動(dòng)程序與I/O控制方式緊密相關(guān)。四是驅(qū)動(dòng)程序與硬件緊密相關(guān)，其部分被固化在ROM中。五是驅(qū)動(dòng)程序應(yīng)允許可重入六是驅(qū)動(dòng)程序不允許系統(tǒng)調(diào)用。2022/12/21設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能和特點(diǎn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的特點(diǎn)2022/12/1設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能和特點(diǎn)設(shè)備處理的方式一是為每一類設(shè)備設(shè)置一個(gè)進(jìn)程，它專門執(zhí)行這類設(shè)備的I/O操作。二是在整個(gè)系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)I/O進(jìn)程，專門負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)中所有各類設(shè)備的I/O操作。三是不設(shè)置專門的設(shè)備處理進(jìn)程，只為各類設(shè)備設(shè)置相應(yīng)的設(shè)備處理程序，供用戶進(jìn)程或系統(tǒng)進(jìn)程調(diào)用。2022/12/21設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能和特點(diǎn)設(shè)備處理的方式2022/12/19設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的處理過(guò)程主要任務(wù)：?jiǎn)?dòng)指定設(shè)備將抽象要求轉(zhuǎn)化為具體要求檢查I/O請(qǐng)求的合法性讀出和檢查設(shè)備的狀態(tài)傳送必要的參數(shù)設(shè)置工作方式啟動(dòng)I/O設(shè)備2022/12/21設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的處理過(guò)程主要任務(wù)：?jiǎn)?dòng)指定設(shè)備2022/12/練習(xí)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與（）密切相關(guān)，如果計(jì)算機(jī)中配置有一個(gè)光盤，一個(gè)軟盤，一個(gè)硬盤，此時(shí)應(yīng)為它們配置（）種外存設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。如果系統(tǒng)中連接有四個(gè)相同的終端設(shè)備，此時(shí)應(yīng)為它們配置（）個(gè)終端設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序2022/12/21練習(xí)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與（）密切相關(guān)，如果計(jì)算機(jī)中配置有一個(gè)6.4.3對(duì)I/O設(shè)備控制方式輪詢的可編程I/O方式I/O中斷方式DMA方式通道方式中斷DMA通道2022/12/216.4.3對(duì)I/O設(shè)備控制方式輪詢的可編程I/O方式中1程序I/O方式早期，I/O控制器是OS同硬件之間的接口p(147)。它有兩個(gè)寄存器：數(shù)據(jù)緩沖寄存器、控制/狀態(tài)寄存器。狀態(tài)控制寄存器有一個(gè)標(biāo)志忙/閑的標(biāo)志位busy。CPU外部設(shè)備控制邏輯電路控制寄存器I/O控制器數(shù)據(jù)寄存器2022/12/211程序I/O方式早期，I/O控制器是OS同硬件之間的接口p工作過(guò)程以輸入為例1、把busy置12、反復(fù)測(cè)試busy，為1表示輸入機(jī)尚未輸完一個(gè)字，處理機(jī)應(yīng)繼續(xù)對(duì)該標(biāo)志進(jìn)行測(cè)試，轉(zhuǎn)2，為0表示輸入機(jī)已將輸入數(shù)據(jù)送入控制器的數(shù)據(jù)寄存器中，轉(zhuǎn)33、把數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中讀走，并置busy為1。所謂“程序循環(huán)測(cè)試”的數(shù)據(jù)傳輸方式，就是指用戶進(jìn)程使用啟動(dòng)設(shè)備后，不斷地執(zhí)行測(cè)試指令，去測(cè)試所啟動(dòng)設(shè)備的狀態(tài)寄存器。只有在狀態(tài)寄存器出現(xiàn)了所需要的狀態(tài)后，才停止測(cè)試工作，完成輸入/輸出。忙----等待方式2022/12/21工作過(guò)程以輸入為例2022/12/19

在程序I/O方式中，由于CPU的高速性和I/O設(shè)備的低速性，致使CPU的絕大部分時(shí)間都處于等待I/O設(shè)備完成數(shù)據(jù)I/O的循環(huán)測(cè)試中，造成對(duì)CPU的極大浪費(fèi)。在該方式中，CPU之所以要不斷地測(cè)試I/O設(shè)備的狀態(tài)，就是因?yàn)樵贑PU中無(wú)中斷機(jī)構(gòu)，使I/O設(shè)備無(wú)法向CPU報(bào)告它已完成了一個(gè)字符的輸入操作。2022/12/21在程序I/O方式中，由于CPU的高速2I/O中斷方式I/O控制器能發(fā)中斷。工作過(guò)程：1、發(fā)出啟動(dòng)某設(shè)備的命令，本進(jìn)程（A）變?yōu)榈却隣顟B(tài)，轉(zhuǎn)進(jìn)程調(diào)度，調(diào)度另一進(jìn)程B。2、輸入完成時(shí)，控制器發(fā)出中斷，中斷B，通過(guò)中斷進(jìn)入中斷處理程序。3、在中斷處理程序中把數(shù)據(jù)緩沖寄存器中的數(shù)取走，放入內(nèi)存特定位置M，喚醒等待進(jìn)程A，中斷返回到B的斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行。4、在以后的某個(gè)時(shí)刻O(píng)