输入输出系统ppt课件

1、6.1 I/O系统的硬件结构系统的硬件结构 6.2 采用通道模型的采用通道模型的I/O系统系统 6.3 I/O系统的软件组织系统的软件组织 6.4 缓冲技术缓冲技术 6.5 磁盘的驱动调度磁盘的驱动调度6.6 设备分配程序设备分配程序6.7 WindowsNT的的I/O系统系统 /输出系统输出系统1;.第六章 输入/输出系统 6.1 I/O系统的硬件结构系统的硬件结构 1.按使用特性对设备的分类 2;.第六章 输入/输出系统 2. 按所属关系分类按所属关系分类系统设备用户设备 3. 按资源分配角度分类按资源分配角度分类 独占设备共享设备虚拟设备4. 按传输数据数量分类按传输数据数量分类 字符设

2、备块设备5. 按传输速率分类按传输速率分类 慢速设备中速设备快速设备3;.第六章 输入/输出系统 几种常见几种常见I/O设备的物理特性设备的物理特性 1. 磁盘磁盘 存取臂0123456789SV111213141516171819磁头定位部件旋转方向盘面SV-伺服磁头臂移动方向图 6.2 磁盘物理结构概念图4;.第六章 输入/输出系统 表6-1 典型的软盘和硬盘的技术参数 5;.第六章 输入/输出系统 2. 时钟时钟 晶振每个脉冲减少一次计数器使用保持寄存器装载计数器图图 6.3 可编程时钟可编程时钟 6;.第六章 输入/输出系统 3. 终端终端存储映像终端RS-232终端X终端7;.第六章

3、 输入/输出系统 I/O控制方式控制方式1.循环I/O测试方式。 2.程序中断I/O方式。 3.DMA方式。4.通道方式。8;.第六章 输入/输出系统 图 6.7 DMA方式下的数据传输 CPU内存计数系统总线内存地址计数磁盘控制器驱动器缓冲器DMA寄存器9;.第六章 输入/输出系统 设备控制器设备控制器 现有大多数的设备控制器由以下三部分组成： l设备控制器与CPU的接口l设备控制器与设备的接口lI/O逻辑 10;.第六章 输入/输出系统 图 6.8 设备控制器的组成 数据寄存器控制/状态寄存器CPU与控制器接口数据线地址线控制线I/O逻辑控制器与设备接口1控制器与设备接口i数据状态控制数据

4、状态控制控制器与设备接口11;.第六章 输入/输出系统 6.2 采用通道模型的采用通道模型的I/O系统系统通道是一个独立于CPU的、专门用于管理I/O的处理机。使用通道的目的是减轻CPU的工作负担，增加系统并行能力。通道类型通道类型 字节多路通道 选择通道 数组多路通道12;.第六章 输入/输出系统 多通路多通路I/O系统系统 图 6.9 多通路的配置方案 主存通道A通道B控制器C控制器D设备E设备F设备G设备H13;.第六章 输入/输出系统 通道命令和通道程序通道命令和通道程序通常，计算机系统的I/O处理机具有如下三类基本通道操作： l数据传送类， 如读、 写、 反读、 断定(检验设备状态)

5、； l设备控制类， 如控制换页、 磁带反绕等； l转移类， 即通道程序内部的控制转移。14;.第六章 输入/输出系统 2. CPU和通道间的通讯和通道间的通讯 中央处理机用户进程操作系统进程i系统调用(I/O请求)保护进程i的现场组织通道程序存CAW到固定单元执行SIO指令检查条件码启动成功进程i阻塞重新调度进程j运行进程j中断进程j保护现场分析中断事件处理I/O中断激活进程i重新调度通道判断状态形成条件码执行通道程序控制设备操作执行情况登记在CSW中出现中断事件CSW送固定单元通道号、设备号送入特定寄存器设备和设备控制器执行规定操作图 6.11 CPU启动通道的工作流程 15;.第六章 输入

6、/输出系统 6.3 I/O系统的软件组织系统的软件组织图 6.12 I/O系统的层次结构 用户进程设备无关软件设备驱动程序中断处理程序硬件层次I/O应答I/O功能进行I/O调用；格 式 化 I/O； Spooling命名，保护，阻塞，缓冲，分配建立设备寄存器；检查状态当I/O结束时，唤醒驱动程序执行I/O操作I/O请求16;.第六章 输入/输出系统 I/O软件设计的目标设备无关性错误处理同步/异步传输处理独占设备和共享设备的I/O操作17;.第六章 输入/输出系统 中断处理程序中断处理程序中断处理程序位于I/O系统的最低层。当进程需要进行I/O操作时，操作系统应将该进程挂起，即进入阻塞，直至I

7、/O操作结束并发生中断。 当中断发生时，中断处理程序执行相应的操作，以解除相应进程的阻塞状态。 18;.第六章 输入/输出系统 设备驱动程序设备驱动程序设备驱动程序包括了所有与设备有关的代码。每一个设备驱动程序只处理一种设备或者一类密切相关的设备。 设备驱动程序的功能是从与设备无关的软件中接收抽象的请求，并执行该请求。19;.第六章 输入/输出系统 与设备无关的与设备无关的I/O软件软件面向应用层，提供一个统一的接口。现以块设备为例， 与设备无关的I/O软件的主要功能包括： l设备命名。 l设备保护。 l与设备无关的块大小。 l数据缓冲。 l数据块的分配。 l对独占设备的分配与释放。 l错误处

8、理。 20;.第六章 输入/输出系统 用户空间的用户空间的I/O软件软件尽管大部分I/O软件属于操作系统，但是也有一小部分是与用户程序链接在一起的库例程，甚至是在核心外运行的完整程序。21;.第六章 输入/输出系统 图 6.13 无缓冲与单缓冲(a) 无缓冲；(b) 单缓冲 用户进程操作系统I/O设备(a)用户进程操作系统I/O设备(b)6.4 缓缓 冲冲 技技 术术22;.第六章 输入/输出系统 图 6.14 双缓冲 用户进程I/O设备AB缓冲区的分类单缓冲双缓冲缓冲池23;.第六章 输入/输出系统 缓冲池缓冲池缓冲池由多个缓冲区组成。为了管理方便，将相同类型的缓冲区链成一个队列，形成以下三

9、个队列： l(1) 空缓冲区队列emq： 由空缓冲区所链成的队列； l(2) 输入队列inq： 由装满输入数据的缓冲区所链成的队列；l(3) 输出队列outq： 由装满输出数据的缓冲区所链成的队列。 24;.第六章 输入/输出系统 四种工作缓冲区：用于收容输入数据的工作缓冲区； 用于提取输入数据的工作缓冲区； 用于收容输出数据的工作缓冲区； 用于提取输出数据的工作缓冲区。 25;.第六章 输入/输出系统 缓冲池管理的基本操作缓冲池管理的基本操作两个基本操作(过程)： lgetbuf(type)：用于从type所指定的队列的队首， 摘下一个缓冲区； lputbuf(type，number)：用于

10、将用参数number所指示的缓冲区， 挂在type队列上。 26;.第六章 输入/输出系统 图 6.15 缓冲池的工作方式 收容输入hinsout提取输出sinhout缓冲池收容输出提取输入用户程序缓冲池的工作方式缓冲池的工作方式27;.第六章 输入/输出系统 。例如，某一时刻对磁盘的输入/输出请求序列是： 柱面(CC) 磁道(HH) 物理记录R 7 4 1 7 4 8 7 4 5 40 6 4 2 7 7 6.5 磁盘的驱动调度磁盘的驱动调度磁盘的驱动调度是先进行移臂(移动存取臂)调度，再进行旋转调度。28;.第六章 输入/输出系统 移臂调度算法先来先服务算法(FCFS) 最短查找时间优先法

11、(SSTF) 扫描法(SCAN)29;.第六章 输入/输出系统 图 6.16 电梯调度算法流程 同当前柱面相同?现在是向里移?按最佳物理记录存取有比当前柱面号小的请求?有比当前柱面号大的请求?A改变存取臂方向选择柱面号最 大 者选择柱面号最 小 者BYYNNNNNY有存取请求?执行存取B改变存取臂方向A移臂到指定柱面登记当前位置电梯调度入口结束YY30;.第六章 输入/输出系统 6.6 设备分配程序设备分配程序设备分配的数据结构设备分配的数据结构设备标识符设备状态与此设备相连的控制器表等待此设备的进程表其它控制器标识符控制器状态与此控制器相连的通道表等待此控制器的进程表其它通道标识符通道状态与

12、此通道相连的控制器表等待此通道的进程表其它设备控制块(UCB)设备控制块(CUCB)通道控制块(CCB)31;.第六章 输入/输出系统 图 6.18 UCB和PCB的连接 与此控制器相连的通道表0设备E的UCB控制器C的CUCB与此控制器相连的通道表控制器D的CUCB通道A的CCB通道B的CCB0与此设备相连的控制器表32;.第六章 输入/输出系统 设备E的UCB正在使用该设备的进程等待该设备的进程表PCBCC-PCB0BB-PCBAA-PCB图图 6.19 UCB， CUCB， CCB间的连接间的连接 33;.第六章 输入/输出系统 图 6.20 系统设备表与UCB的关系 CARDUCB始址PRINTUCB始址MTUCB始址DISCUCB始址MT 的UCB