华东理工大学《操作系统》第九章设备管理

1、12345678910111213CPU外部设备控控制制逻逻辑辑电电路路控制寄存器控制寄存器状态寄存器状态寄存器数据寄存器数据寄存器14159.2.19.2.1循环循环I/OI/O测试方式测试方式循环循环I/OI/O测试方式又称为程序查询方式。完全用程序直接测试方式又称为程序查询方式。完全用程序直接控制数据在控制数据在CPUCPU和外部设备之间的传输，即由和外部设备之间的传输，即由CPUCPU主动控制完主动控制完成。成。当用户程序需要数据时，通过当用户程序需要数据时，通过CPUCPU向设备控制器发出一条向设备控制器发出一条I/OI/O命命令，令，同时把状态寄存器中的忙同时把状态寄存器中的忙/

2、/闲标志闲标志busybusy置为置为1 1，Busy=1 Busy=1 表输表输入机尚未输完到数据寄存器中。入机尚未输完到数据寄存器中。尔后尔后CPUCPU不断循环测试不断循环测试busy,busy,直至直至busy=0.busy=0.CPUCPU将数据寄存器的数据取出，送入内存指定单元中。将数据寄存器的数据取出，送入内存指定单元中。接着，再启动去读下一个数据，并置接着，再启动去读下一个数据，并置busy=1.busy=1.又称忙又称忙- -等待方式等待方式程序程序i/oi/o指令指令启动外设启动外设测试指令测试指令外设外设i/oi/o完成了吗？完成了吗？16179.2.29.2.2程序中断

3、控制方式程序中断控制方式1.1.程序中断方式程序中断方式 在硬件结构上，程序中断方式要求在硬件结构上，程序中断方式要求CPU与与I/O设备（或设备（或接口）之间有相应的接口）之间有相应的中断请求线中断请求线.18进程进程A A程序程序I/OI/O请求请求CPUCPU执行执行I/OI/O中断处理程序中断处理程序外设外设CPUCPU指令启动外设指令启动外设进程进程B B程序程序- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -1 1 2 2返回用户进程返回用户进程I/OI/O中断请求中断请求返返回回程序中断方式程序中断方式3 35 5CPUC

4、PU响应中断响应中断4 4192. 2. 程序中断方式的优缺点：程序中断方式的优缺点： 一般数据缓冲寄存较小，一次数据传输多次中断。使得一般数据缓冲寄存较小，一次数据传输多次中断。使得CPUCPU忙于处理中断，耗费了大量的时间。忙于处理中断，耗费了大量的时间。 多种外设，中断次数剧增，造成中断无法响应而丢失数据。多种外设，中断次数剧增，造成中断无法响应而丢失数据。 改善了改善了CPUCPU的利用率，并使输入，输出和处理这三者更好的利用率，并使输入，输出和处理这三者更好地地并行并行操作。操作。优点：优点：缺点：缺点：205.2.3 5.2.3 直接存储器存取（直接存储器存取（DMADMA）方式）

5、方式由于程序中断的控制方式不适用于大批量数据传送，所以由于程序中断的控制方式不适用于大批量数据传送，所以在在I/OI/O系统中引入了直接存储器存取（系统中引入了直接存储器存取（DMADMA：Direct Memory Direct Memory AccessAccess）方式，简称为）方式，简称为DMADMA方式。方式。1 1DMADMA控制器的组成控制器的组成（1 1）内存地址寄存器）内存地址寄存器 用于存放内存中要交换的数据地址。在用于存放内存中要交换的数据地址。在DMADMA传送前，通过传送前，通过程序将数据块的初始地址送入该寄存器中，以后每交换一次数程序将数据块的初始地址送入该寄存器中

6、，以后每交换一次数据，地址寄存器自动加据，地址寄存器自动加1 1，形成下一次交换数据的地址。，形成下一次交换数据的地址。2122（2 2）传送字节数计数器）传送字节数计数器 用于存放传送数据块的长度。在用于存放传送数据块的长度。在DMADMA传送前，通过程序设传送前，通过程序设置。每传送一个字节，字节数计数器内容自动减置。每传送一个字节，字节数计数器内容自动减1 1，为，为0 0时表示时表示此数据块传送完毕。此数据块传送完毕。（4 4）控制状态寄存器）控制状态寄存器该寄存器用于控制该寄存器用于控制DMADMA的传送，并对的传送，并对DMADMA请求信号和请求信号和CPUCPU响应信响应信号进行

7、协调和同步。号进行协调和同步。（3 3）数据缓冲寄存器）数据缓冲寄存器 用于暂时存放每次传送的数据。输入时，数据由用于暂时存放每次传送的数据。输入时，数据由I/OI/O设备设备传送到该寄存器中，再通过数据总线传入内存。输出时，则正传送到该寄存器中，再通过数据总线传入内存。输出时，则正好相反。好相反。DMADMA方式实际上采用了方式实际上采用了窃取总线控制权的方式进行传送，窃取总线控制权的方式进行传送，CPUCPU让出总线控制权，不再访问内存，让出总线控制权，不再访问内存，DMADMA控制器得到总线控控制器得到总线控制权来控制外设与内存的数据传送。制权来控制外设与内存的数据传送。232.DMA2

8、.DMA的传送过程的传送过程（1 1）进程要求设备输入输出时，）进程要求设备输入输出时，CPUCPU执行执行I/OI/O指令，设置指令，设置DMADMA控制器中的内存地址寄存器和传送字节计数器，并把状态寄控制器中的内存地址寄存器和传送字节计数器，并把状态寄存器中的中断允许位置存器中的中断允许位置1 1，启动设备。设备在准备好发送的数，启动设备。设备在准备好发送的数据后，据后，DMADMA控制器发出控制器发出DMADMA请求，申请内存和总线的控制权请求，申请内存和总线的控制权。（2)CPU2)CPU响应响应DMADMA请求，请求，让出总线控制权。由让出总线控制权。由DMADMA控制器得到内控制器

9、得到内存和总线控制权。存和总线控制权。（3)3)要求要求I/OI/O的进程进入阻塞态，等待的进程进入阻塞态，等待I/OI/O完成。完成。（4)DMA4)DMA控制器按照地址寄存器中的数据内存地址并通过数据缓控制器按照地址寄存器中的数据内存地址并通过数据缓冲寄存器，控制设备与内存之间直接交换数据。直到所要求的一冲寄存器，控制设备与内存之间直接交换数据。直到所要求的一批数据传送完成，发出中断请求。批数据传送完成，发出中断请求。（5)CPU5)CPU接收接收DMADMA中断请求，转入中断处理，处理完成后，恢复等中断请求，转入中断处理，处理完成后，恢复等待的待的I/OI/O的进程运行，或者重新调度。的

10、进程运行，或者重新调度。243 3DMADMA方式的优缺点方式的优缺点 I/O I/O设备在硬件控制交换数据，设备在硬件控制交换数据，CPUCPU基本上不干预数据的传基本上不干预数据的传送操作，降低了系统的复杂性，提高了送操作，降低了系统的复杂性，提高了I/OI/O效率。效率。优点：优点：缺点：缺点： DMA DMA方式窃取了总线控制权，使得方式窃取了总线控制权，使得CPUCPU处理的效率下降。处理的效率下降。251.1.通道结构通道结构（channelchannel）2.2.通道的工作方式通道的工作方式26CCWCCW命令格式一般包括：命令格式一般包括：操作码、数据传输内存地址、特征位、计数

11、器操作码、数据传输内存地址、特征位、计数器( (数据块长度数据块长度) ) 例一个通道程序，从磁带机上读入两条记录，送入内存相应的单例一个通道程序，从磁带机上读入两条记录，送入内存相应的单元中。元中。 操作操作 P R P R 计数计数 内存地址内存地址Write 0 0 80 813Write 0 0 80 813Write 0 0 140 1034Write 0 0 140 1034Write 0 1 60 5830Write 0 1 60 5830Write 0 0 250 1850Write 0 0 250 1850Write 1 1 250 720Write 1 1 250 7202

12、728 采用通道结构的计算机系统，主机，通道，控制器和设备采用通道结构的计算机系统，主机，通道，控制器和设备之间采用四级连接，实施三级控制。通常，一个主机可以连接之间采用四级连接，实施三级控制。通常，一个主机可以连接多个通道，一个通道可以连接多个控制器，一个控制器又可以多个通道，一个通道可以连接多个控制器，一个控制器又可以连接同类型的多台设备。有的系统还可以把一台设备连接到几连接同类型的多台设备。有的系统还可以把一台设备连接到几个控制器，一个控制器连接到几个通道上，实现多路交叉连接。个控制器，一个控制器连接到几个通道上，实现多路交叉连接。294 4 通道的类型通道的类型（1 1）字节多路通道）

13、字节多路通道 适用于连接慢速的字符设备，如打印机，终端等适用于连接慢速的字符设备，如打印机，终端等I/OI/O设备。设备。他以他以字节交叉方式字节交叉方式控制设备传输信息，当为一台设备传送一个控制设备传输信息，当为一台设备传送一个字节后，立即转去为另一台设备传送一个字节。字节后，立即转去为另一台设备传送一个字节。（2 2）选择通道）选择通道适用于连接高速适用于连接高速I/OI/O设备，如磁盘，磁带。每次只能把通道设备，如磁盘，磁带。每次只能把通道分配给一台设备独占使用，即使暂时出现空闲，也不允许其分配给一台设备独占使用，即使暂时出现空闲，也不允许其他设备使用，直到传送完成后才让出子通道。他设备使用，直到传送完成后才让出子通道。（3 3）成组多路通道）成组多路通道数据传送是数据传送是按成组（数据块）方式按成组（数据块）方式进行的，首先为一台设备执进行的，首先为一台设备执行一条通道命令，传送一批数据，然后再选择另一台设备执行行一条通道命令，传送一批数据，然后再选择另一台设备执行一条通道命令。一条通道命令。30成组成组多路通道多路通道快快速速设备设备1 1快快速速设备设备2 2 快快速速设备设备