设备管理讲座

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,*,第5章 设备管理,第5章 设备管理,5.0 本章学习目标,5.1 概述,5.2 数据传送控制方式,5.3 缓冲技术,5.4 设备分配技术,5.5,I/O,进程控制,开 始,本章学习目标,l,数据传送的4种方式：程序直接控制方式、中断控制方式、,DMA,方式及通道控制方式,l,缓冲技术的概念及4种常见的缓冲技术：单缓冲、双缓冲、环形缓冲及缓冲池,l,设备分配的概念及3种设备分配技术：独享分配、共享分配及虚拟分配,l,I/O,进程控制,返回本章首页,5.1 概述,5.1.1 设备类型,5.1.2 设备管理的任务和功能,5.1.3 设备控制块（,DCB）,返回本章首页,5.1.1 设备类型,1按操作特性分类,按这种方法可把外部设备分为存储设备和输入/输出（,I/O）,设备。,2按传输的信息特点分类,按这种方法可将外部设备分为字符设备和块设备。,3按系统和用户的观点分类,按这种观点可将外部设备分为系统设备和用户设备两种。,返回本节,5.1.2 设备管理的任务和功能,1设备管理的任务,提高设备的利用率,设备独立性,字符编码的独立性,设备处理的一致性,下一页,2设备管理的功能,（1）监视系统中所有设备的状态。,（2）设备分配。,（3）设备控制是设备管理的另一功能，它包括设备驱动和设备中断处理，具体的工作过程是在设备处理的程序中发出驱动某设备工作的,I/O,指令后，再执行相应的中断处理。,返回本节,5.1.3 设备控制块（,DCB）,1,DCB,结构,（1）设备名。它是设备的系统名，即设备的物理名。,（2）设备属性。它描述设备的特性和类型。,（3）设备状态。它描述设备现行的状态。,（4）设备的,I/O,总线地址。它反映现行设备在,I/O,总线上的具体地址。,（5）等待列指针。它存放要求使用该设备的队列的首指针。,下一页,下一页,2设备转换表,对设备的请求最终要转换成对设备的,I/O,操作，系统可以通过操作码检索“设备转换表”找到相应的设备地址。该转换表包含设备特定的,I/O,例行程序地址，不具备相应操作的设备在其例行程序地址上要填“-1”。,返回本节,5.2 数据传送控制方式,5.2.1 程序直接控制方式,5.2.2 中断控制方式,5.2.3,DMA,方式,5.2.4 通道控制方式,返回本章首页,5.2.1,程,程序直,接,接控制方式,程序直接控,制,制方式是指,由,由程序直接,控,控制内存或,CPU,和外围设备,之,之间进行信,息,息传送的方,式,式。通常又,称,称为“忙,等,等”方式或,循,循环测试方,式,式。,在数据传送,过,过程中，必,不,不可少的一,个,个硬件设备,是,是,I/O,控制器，它,是,是操作系统,软,软件和硬件,设,设备之间的,接,接口，它接,收,收,CPU,的命令，并,控,控制,I/O,设备进行实,际,际的操作。,下一页,下面讲述程,序,序直接控制,方,方式的工作,过,过程。由于,数,数据传送过,程,程中输入和,输,输出的情况,比,比较类似，,下,下面只给出,输,输出数据时,的,的工作过程,。,。,（1）把一,个,个启动位为,“,“1”的控,制,制字写入该,设,设备的控制,状,状态寄存器,。,。,（2）将需,输,输出数据送,到,到数据缓冲,寄,寄存器。,（3）测试,控,控制状态寄,存,存中的“完,成,成位”，若,为,为0，转（2），否则,转,转（4）。,（4）输出,设,设备将数据,缓,缓冲寄存器,中,中的数据取,走,走进行实际,的,的输出。,返回本节,5.2.2,中,中断控,制,制方式,（1）进程,需,需要数据时,，,，将允许启,动,动和允许中,断,断的控制字,写,写入设备控,制,制状态寄存,器,器中，启动,该,该设备进行,输,输入操作。,（2）该进,程,程放弃处理,机,机，等待输,入,入的完成。,操,操作系统进,程,程调度程序,调,调度其他就,绪,绪进程占用,处,处理机。,（3）当输,入,入完成时，,输,输入设备通,过,过中断请求,线,线向,CPU,发出中断请,求,求信号。,CPU,在接收到中,断,断信号之后,，,，转向中断,处,处理程序。,（4）中断,处,处理程序首,先,先保护现场,，,，然后把输,入,入缓冲寄存,器,器中的数据,传,传送到某一,特,特定单元中,去,去，同时将,等,等待输入完,成,成的那个进,程,程唤醒，进,入,入就绪状态,，,，最后恢复,现,现场，并返,回,回到被中断,的,的进程继续,执,执行。,（5）在以,后,后的某一时,刻,刻，操作系,统,统进程调度,程,程序选中提,出,出的请求并,得,得到获取数,据,据的进程，,该,该进程从约,定,定的内存特,定,定单元中取,出,出数据继续,工,工作。,返回本节,5.2.3,DMA,方式,DMA,方式又称直,接,接存储器访,问,问（,Direct MemoryAccess）,方式。其基,本,本思想是在,外,外设和主存,之,之间开辟直,接,接的数据交,换,换通路。,DMA,方式的特点,是,是：,（1）数据,传,传送的基本,单,单位是数据,块,块。,（2）所传,送,送的数据是,从,从设备送内,存,存，或者相,反,反。,（3）仅在,传,传送一个或,多,多个数据块,的,的开始和结,束,束时，才需,中,中断,CPU，,请求干预，,整,整块数据的,传,传送是在,DMA,控制器控制,下,下完成的。,下一页,图5.1,DMA,控制器与其,他,他部件的关,系,系,返回本节,5.2.4,通,通道控,制,制方式,通道控制方,式,式与,DMA,方式相类似,，,，也是一种,内,内存和设备,直,直接进行数,据,据交换的方,式,式。与,DMA,方式不同的,是,是，在通道,控,控制方式中,，,，数据传送,方,方向存放数,据,据的内存始,址,址及传送的,数,数据块长度,均,均由一个专,门,门负责输入/输出的硬,件,件通道,来,来控制。另,外,外，,DMA,方式每台设,备,备至少需要,一,一个,DMA,控制器，,而,而通道控,制,制方式中,，,，一个通,道,道可控制,多,多台设备,与,与内存进,行,行数据交,换,换。,下一页,每条通道,指,指令应包,含,含以下的,内,内容：,（1）操,作,作码：它,规,规定指令,所,所执行的,操,操作，如,读,读、写等,。,。,（2）内,存,存地址：,标,标明数据,传,传送时内,存,存的首址,。,。,（3）计,数,数：表示,传,传送数据,的,的字节数,。,。,（4）通,道,道程序结,束,束位,R,0,，,表示通道,程,程序是否,结,结束。,（5）记,录,录结束标,志,志,R,1,，,表,示,示,所,所,处,处,理,理,的,的,记,记,录,录,是,是,否,否,结,结,束,束,。,。,下,一,一,页,页,下面给出一,个,个由三条通,道,道指令所构,成,成的简单程,序,序。,该程序是将,内,内存中不同,地,地址的数据,写,写成多个记,录,录。,操作,R,0,R,1,计数,内存地址,WRITE,0,0,80,1420,WRITE,0,1,170,2120,下一页,图5.2,通,通道方式,的,的数据传送,结,结构,下一页,通道控制方,式,式的数据过,程,程如下：,（1）当进,程,程要求设备,输,输入时，,CPU,发指令指明,I/O,操作、设备,号,号和对应通,道,道。,（2）对应,通,通道收到,CPU,发来的启动,指,指令后，读,出,出内存中的,通,通道指令程,序,序、设置对,应,应设备的控,制,制状态寄存,器,器的初值。,（3）设备,按,按通道指令,的,的要求，把,数,数据送往内,存,存指定区域,。,。,（4）若传,送,送结束，,I/O,控制器通过,中,中断请求线,发,发中断信号,请,请求,CPU,做中断处理,。,。,（5）中断,处,处理结束后,，,，,CPU,返回到被中,断,断进程处继,续,续执行。,（6）当进,程,程调度程序,选,选中这个已,得,得到数据的,进,进程后，才,能,能进行加工,处,处理。,返回本节,5.3,缓,缓冲技术,5.3.1,缓,缓冲的,引,引入,5.3.2,单,单缓冲,5.3.3,双,双缓冲,5.3.4,环,环形缓,冲,冲,5.3.5,缓,缓冲池,返回本章首,页,页,5.3.1,缓,缓冲的,引,引入,引入缓冲的,主,主要目的有,以,以下几点。,1缓和处,理,理机和,I/O,设备间速度,不,不匹配的矛,盾,盾,2减少对,CPU,的中断次数,3提高,CPU,和,I/O,设备之间的,并,并行性,返回本节,5.3.2,单,单缓冲,单缓冲是操,作,作系统提供,的,的最简单的,一,一种缓冲形,式,式。每当一,个,个进程发出,一,一个,I/O,请求时，操,作,作系统便在,主,主存中为之,分,分配一缓冲,区,区，该缓冲,区,区用来临时,存,存放输入/,输,输出数据。,返回本节,5.3.3,双,双缓冲,解决外设之,间,间并行工作,的,的最简单的,办,办法是设置,双,双缓冲。在,双,双缓冲方案,中,中，具体的,做,做法是为输,入,入或输出操,作,作设置两个,缓,缓冲区,buffer1,和,buffer2。,双缓冲方式,和,和单缓冲方,式,式相比，虽,然,然双缓冲方,式,式能进一步,提,提高,CPU,和外设的并,行,行程度，并,能,能使输入设,备,备和输出设,备,备并行工作,，,，但是在实,际,际系统中很,少,少采用这一,方,方式，这是,因,因为在计算,机,机系统中的,外,外设很多，,又,又有大量的,输,输入和输出,，,，同时双缓,冲,冲很难匹配,设,设备和,CPU,的处理速度,。,。因此现代,计,计算机系统,中,中一般使用,环,环形缓冲或,缓,缓冲池结构,。,。,返回本节,5.3.4,环形缓冲,环形缓冲技,术,术是在主存,中,中分配一组,大,大小相等的,存,存储区作为,缓,缓冲区，并,将,将这些缓冲,区,区链接起来,，,，每个缓冲,区,区中有一个,指,指向下一个,缓,缓冲的指针,，,，最后一个,缓,缓冲区的指,针,针指向第一,个,个缓冲区，,这,这样,n,个缓冲区就,成,成了一个环,形,形。此外，,系,系统中有个,缓,缓冲区链首,指,指针指向第,一,一个缓冲区,。,。环形缓冲,区,区结构如图5.3所示,。,。,下一页,图5.3,环,环形缓冲,区,区结构,返回本节,5.3.5,缓冲池,从自由主存,中,中分配一组,缓,缓冲区即可,构,构成缓冲池,。,。,1缓冲池,的,的组成,缓冲池中的,缓,缓冲区一般,有,有以下三种,类,类型：空闲,缓,缓冲区、装,输,输入数据的,缓,缓冲区和装,输,输出数据的,缓,缓冲区。,2缓冲池,的,的工作方式,缓冲区可以,在,在收容输入,、,、提取输入,、,、收容输出,和,和提取输出,四,四种方式下,工,工作。,下一页,图5.4,缓,缓冲区队,列,列缓冲区,下一页,图5.5,缓,缓冲池的,工,工作缓冲区,返回本节,5.4,设,设备分配技,术,术,5.4.1,独,独享设,备,备的分配,5.4.2,共,共享设,备,备的分配,5.4.3,虚,虚拟设,备,备的分配与,假,假脱机技术,返回本章首,页,页,5.4.1,独,独享设,备,备的分配,所谓独享设,备,备是指这类,设,设备被分配,给,给一个作业,后,后，被这个,作,作业所独占,使,使用，其他,的,的任何作业,不,不能使用，,直,直到该作业,释,释放该设备,为,为止。常见,的,的独享设备,有,有行打印机,、,、光电输入,机,机等。针对,独,独享设备，,系,系统一般采,用,用静态分配,方,方式。即在,一,一个作业执,行,行前，将它,所,所需要使用,的,的这类设备,分,分配给它，,当,当作业结束,撤,撤离时，才,将,将分配给它,的,的独享设备,收,收回。,返回本节,5.4.2,共,共享设,备,备的分配,所谓共享设,备,备是指允许,多,多个用户共,同,同使用的设,备,备。如磁盘,、,、磁鼓等设,备,备，可由多,个,个进程同时,进,进行访问。,设,设备的共享,有,有两层含义,：,：一是指对,设,设备介质的,共,共享，如磁,盘,盘上的