第5章 设备管理

第5章 设备管理 本章内容 5 1设备管理概述5 2I O硬件特点5 3I O软件的组成5 4设备分配 本章学习目标 了解设备的分类了解设备管理的任务掌握数据传输控制方式掌握缓冲技术理解中断处理程序理解设备驱动程序掌握设备分配的方法掌握虚拟设备和Spooling技术 4 5 1设备管理概述 5 1 1设备的分类5 1 2设备管理的任务 5 5 1 1设备的分类 按设备的从属关系分类系统设备 系统设备是指在安装操作系统时就已经配置在系统中的标准设备 用户设备 用户设备是指在系统生成时未配置在系统中的非标准设备 6 5 1 1设备的分类 按使用特性分类存储设备 存储设备是计算机中用来存储信息的设备 输入 输出设备 输入设备是指能将外部信息传送给计算机的设备 输出设备是指能将计算机中加工好的信息传送给外界的设备 7 5 1 1设备的分类 按传输的信息特性分类字符设备 字符设备是以字符为单位来组织 处理信息的设备 如键盘 打印机等慢速设备 一次只能传输一个字符 块设备 块设备是以数据块为单位来组织 处理信息的设备 如磁盘 光盘等速度较快的设备 8 5 1 1设备的分类 按设备共享属性分类独占设备 指在一段时间内只允许一个进程使用的设备 共享设备 指在一段时间内允许多个进程同时访问的设备 虚拟设备 指通过虚拟技术将一台独占设备变换为若干台供多个用户进程共享的逻辑设备 9 5 1 2设备管理的任务 为用户提供统一简单的使用接口 设备的分配和回收 负责设备与主机之间实际的数据传输 10 5 2I O硬件特点 5 2 1设备组成5 2 2数据传输控制方式5 2 3缓冲技术 11 5 2 1设备组成 设备的组成设备一般由执行I O操作的机械部分和执行控制I O的电子部件组成 执行I O操作的机械部分就是一般的设备 而执行控制I O的电子部件 则称为设备控制器 12 5 2 1设备组成 设备控制器控制一个或多个设备 以实现设备和计算机之间的数据交换 它是CPU与设备之间的接口 接收从CPU发来的命令 去控制设备工作 13 5 2 2数据传输控制方式 数据传输 计算机设备和内存之间的信息传送 数据传输控制是指有效地对数据传输进行管理 14 5 2 2数据传输控制方式 程序直接控制方式 重点 工作方式 以字节或字符为单位传送 15 5 2 2数据传输控制方式 程序直接控制方式 重点 优点控制简单 无需硬件支持 缺点CPU利用率低 与外设串行工作 外设不能并行工作 16 5 2 2数据传输控制方式 中断控制方式 重点 工作方式 以字节或字符传送 5 2 2数据传输控制方式 中断控制方式 重点 优点提高了CPU利用率 支持外设并行工作 缺点CPU中断次数过多 18 5 2 2数据传输控制方式 DMA方式 重点 基本思想 DMA方式又称为直接存储器访问方式 是在设备和内存之间建立直接的数据交换通路 DMA方式特点传送的基本单位是数据块 数据块的传送由DMA控制器控制完成 仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时 才需CPU进行中断处理 19 5 2 2数据传输控制方式 DMA方式 重点 DMA控制器的组成控制状态寄存器CR内存地址寄存器MAR数据寄存器DR字节计数器DC 20 5 2 2数据传输控制方式 DMA方式 重点 工作方式 21 5 2 2数据传输控制方式 DMA方式 重点 优点提高了CPU的利用率 增强了CPU和设备的并行程度 22 5 2 2数据传输控制方式 通道方式 重点 通道 一个独立于CPU的专门负责数据传输控制的处理机 它和设备控制器一起控制设备与内存直接进行数据交换 23 5 2 3缓冲技术 为了缓解CPU与设备速度不匹配的矛盾 引入了缓冲技术 基本思想是 在内存中开辟一个或多个存储区域 称为缓冲区 作为CPU与设备之间信息传输的 中转站 24 5 2 3缓冲技术 单缓冲 重点 在设备和CPU之间设置一个缓冲区 设备和CPU传输数据时 先将数据写入缓冲区 然后设备或CPU从缓冲区取走数据 25 5 2 3缓冲技术 双缓冲 重点 在内存中开辟两个缓冲区 当设备和CPU交换数据时 第一个缓冲区被写满后 可向第二个缓冲区写入数据 同时可从第一个缓冲区读取数据 26 5 2 3缓冲技术 环形缓冲 重点 定义环形缓冲中包含多个大小相等的缓冲区 每个缓冲区中有一个链接指针指向下一个缓冲区 最后一个缓冲区指针指向第一个缓冲区 这样多个缓冲区就构成了一个环形 27 5 2 3缓冲技术 环形缓冲 重点 工作方式 28 5 2 3缓冲技术 缓冲池 重点 定义内存中同时开辟多个大小相同的公用缓冲区 称为缓冲池 组成空缓冲队列 emq 装满输入数据的输入队列 inq 装满输出数据的输出队列 outq 29 5 2 3缓冲技术 缓冲池 重点 工作方式 总结 本次课主要讲授内容设备的分类设备管理的任务数据传输的四种控制方式 数据缓冲的四种方式 上节回顾 设备的分类设备管理的任务数据传输的四种控制方式 数据缓冲的四种方式 32 5 3I O软件的组成 5 3 1中断处理程序5 3 2设备驱动程序 33 5 3 1中断处理程序 基本概念中断源 引起中断的事件 中断请求 中断源向CPU提出I O请求 断点 当前进程的暂停点 中断响应 CPU暂停当前进程的运行 转去处理中断的过程 中断处理程序 处理中断请求的程序 34 5 3 1中断处理程序 中断处理程序的处理过程保护断点现场 识别中断源 执行中断处理程序 恢复现场和退出中断 35 5 3 2设备驱动程序 定义设备驱动程序是把用户提交的逻辑I O请求转化为物理I O操作并启动和执行设备 驱动设备进行工作的程序 36 5 3 2设备驱动程序 设备驱动程序的处理过程将逻辑设备转换成物理设备 I O请求的合法性检查 检查设备的状态 传送参数 启动I O设备 37 5 4设备分配 5 4 1设备管理的数据结构5 4 2设备的独立性5 4 3设备分配5 4 4Spooling技术 38 5 4 1设备管理的数据结构 设备控制表 记录每个设备的特性 连接和使用的状态等信息 39 5 4 2设备的独立性 定义设备独立性 设备无关性 是指用户申请使用物理设备时 并不需要在用户程序中直接使用物理设备名称 而是使用逻辑设备名称 40 5 4 2设备的独立性 逻辑设备表逻辑设备表的作用是将逻辑设备名映射为物理设备名 41 5 4 3设备分配 设备的属性 重点 独占设备 指在一段时间内只允许一个进程使用的设备 共享设备 指在一段时间内允许多个进程同时访问的设备 虚拟设备 指通过虚拟技术将一台独占设备变换为若干台供多个用户进程共享的逻辑设备 42 5 4 3设备分配 分配方式 重点 安全分配方式 单请求方式 定义 进程发出I O请求后立即进入阻塞状态 直到该I O处理完成才被唤醒 优点 设备分配安全 不会产生死锁 缺点 进程推进缓慢 CPU和IO设备是串行工作 43 5 4 3设备分配 分配方式 重点 不安全分配方式 多请求方式 定义 进程发出一个I O请求后 可继续运行 需要时又可发出第二个 第三个I O请求 仅当进程所请求的设备为其他进程所占有时 才进入阻塞状态 优点 进程推进速度快 设备利用率高 缺点 设备分配不安全 可能产生死锁 44 5 4 4Spooling技术 引入脱机输入输出 脱离主机的情况下进行的输入输出 45 5 4 4Spooling技术 Spooling技术定义 重点 在联机情况下实现的外围操作与CPU对数据的处理同时进行的技术称为Spooling技术 或称为假脱机输入输出技术 46 5 4 4Spooling技术 Spooling系统的