ch12设备管理

1张惠娟副教授[e-mail]实用操作系统概念2内容框架概述体系结构进程管理内存管理文件管理外设管理3内容框架概述体系结构进程管理内存管理文件管理外设管理4内容概述I/O软件I/O硬件设备相关技术设备处理典型外部设备5概述I/O特点设备分类设备管理的目标和任务6特点I/O性能经常成为系统性能的瓶颈外设种类繁多，结构各异输入输出数据信号类型不同速度差异很大与其他功能联系密切，特别是文件系统概述7分类按使用特性分存储型设备输入型设备（外设主机）输出型设备（主机外设）输入输出型设备（交互型设备）概述8按数据组织分块设备以数据块为单位存储、传输信息字符设备以字符为单位存储、传输信息概述9按外部设备的从属关系分系统设备指操作系统生成时，登记在系统中的标准设备用户设备指系统生成时，未登记在系统中的非标准设备。概述10按资源分配角度分独占设备共享设备虚拟设备如：SPOOLing技术，用硬盘模拟输入输出设备概述11从程序使用角度分逻辑设备物理设备按数据传输率分高速设备低速设备概述12目标和任务完成I/O设备与内存之间的数据交换，最终完成用户的I/O请求。向用户提供方便的使用外部设备的接口，使用户摆脱繁琐的编程负担。提高CPU与设备、设备与设备间的并行工作能力，充分利用资源，提高资源利用率。概述13在多道程序环境下，当多个进程竞争使用设备时，按一定策略分配和管理各种设备，使系统能有条不紊的工作。设备传送或管理的数据应该是安全的、不被破坏的、保密的与设备无关性（设备独立性）概述14I/O软件I／O软件目标I/O软件分层思想15目标设备独立性统一命名出错处理可共享设备和独占设备的处理I/O软件16分层思想中断处理程序设备驱动程序设备独立的I/O软件用户空间的I/O软件I/O软件1718I/O硬件I/O设备特点设备组成I/0过程设备连接模式19I/O设备特点操作异步性设备自治性接口通用性I/O硬件20设备组成物理设备设备控制器在小型和微型机中，常采用印刷电路卡插入计算机中（接口）完成设备与主机间的连接和通讯I/O硬件21CPU外部设备控制逻辑电路控制寄存器状态寄存器数据寄存器I/O硬件22I/O过程准备启动测试和等待结果检查和错误处理通过对设备接口寄存器组的读写完成I/O硬件23连接模式指I/O设备与CPU之间的连接方式，即将设备连接到一个计算机系统上的方式。设备接口形式I/O指令形式I/O地址空间分配及译码连线问题I/O硬件24端口编址方法接口电路中有多个寄存器，一个寄存器有唯一地址，每个地址为I/O端口，该地址称为I/O端口地址。两种I/O地址：内存映像编址（内存映像I/O模式）I/O独立编址（I/O专用指令）I/O硬件25I/O独立编址分配给系统中所有端口的地址空间是完全独立的，与内存地址空间没有关系主机使用专门的I/O指令对端口进行操作I/O硬件26优点外部设备不占用内存的地址空间程序设计时，易于区分是对内存操作还是对I/O端口操作缺点I/O端口操作的指令类型少，操作不灵活I/O硬件2728存储映像编址分配给系统中所有端口的地址空间与内存地址空间统一编址主机把I/O端口看作一个存储单元，对I/O的读写操作等同于对存储器的操作I/O硬件29优点凡是可对存储器操作的指令都可对I/O端口操作不需要专门的I/O指令I/O端口可占有较大的地址空间缺点占用内存空间I/O硬件30DMA技术缓冲技术总线技术SCSI接口技术PnP技术设备相关技术31DMA技术与中断区别工作原理窃取总线控制权DMA工作流程设备相关技术323334缓冲技术引入目的缓解CPU与外部设备之间速度不匹配的矛盾，提高资源利用率设备相关技术35缓冲区设置硬缓冲在设备中设置缓冲区，由硬件实现软缓冲在内存中开辟一个空间，用作缓冲区设备相关技术36缓冲区管理单缓冲双缓冲缓冲池多个缓冲区连接起来统一管理，常采用多缓冲管理设备相关技术37总线技术在计算机系统内各种子系统，如CPU、内存、I/O设备等之间，构建公用的信号或数据传输通道，这种可共享连接的传输通道称为总线设备相关技术38（非本课程范围）总线的分类CPU-内存总线I/O总线数据总线地址总线控制总线设备相关技术39微型计算机总线的种类和发展PC／XT总线ISA总线MCA总线EISA总线VESA总线PCI总线USB总线…...(?)(?)(过时)1394总线SCSI总线4041小型计算机系统接口（SmallComputerSystemInterface）一个SCSII/O设备控制器可将新型高速I/O设备增加到计算机系统中SCSI设备控制器的智能化I/O控制降低了计算机系统的负担使计算机系统具有更高的I/O能力设备相关技术42SCSI系统结构