软件技术基础_操作系统的设备管理

1、1第五章 设备管理 5.1 5.1 概概 述述5.2 I/O5.2 I/O软件的组成软件的组成5.3 I/O5.3 I/O硬件特点硬件特点5.4 I/O5.4 I/O控制技术控制技术5.5 5.5 设备有关技术设备有关技术5.6 5.6 设备分配与设备分配与设备处理设备处理235.1.1 I/O的特点的特点 45.1.1 I/O的特点的特点5I/O6783) 虚设备虚设备910设备管理的目标和任务设备管理的目标和任务11设备管理的目标和任务设备管理的目标和任务(续）续） 12设备管理的目标和任务设备管理的目标和任务(续）续） 13设备管理的目标和任务设备管理的目标和任务(续）续） 14设备管理

2、的目标和任务设备管理的目标和任务(续）续） 151. I/O软件的组成软件的组成 162. IO软件的目标软件的目标17184. 设备驱动程序设备驱动程序 194. 设备驱动程序设备驱动程序(续）续） 205. 设备独立的软件设备独立的软件 212223242526271. I/O硬件特点硬件特点28291. I/O设备特点设备特点(续）续） 30 313233343536373) I/O3) I/O独立编址独立编址38394) 存储映像编址存储映像编址40I/OI/O控制的四种技术控制的四种技术411.1.程序控制程序控制I/OI/O技术技术42433. DMA技术技术44DMA技术技术（续

3、（续1）45DMADMA技术技术（续（续2 2）46程序程序I/O中断中断I/O DMA474. I/O通道控制方式通道控制方式4849501. 打印机的打印机的SPOOLing值班进程值班进程512. 2. 网络网络的的SPOOLingSPOOLing值班进程值班进程525.5.5.5.2.2.中断技术中断技术53从用户角度看中断从用户角度看中断54 2.2. 引入中断的目的引入中断的目的553、 中断类型中断类型561)1)强迫性中断强迫性中断572) 2) 自愿性中断自愿性中断584. 微机中的中断微机中的中断595.5. 中断寄存器中断寄存器606. 6. 中断响应中断响应62637.

4、 中断向量表中断向量表648. 8. 中断优先级中断优先级659. 9. 中断屏蔽中断屏蔽6610. 实时处理的中断实时处理的中断6711. 中断处理中断处理6869简单的中断处理过程简单的中断处理过程7012. 多个中断的处理多个中断的处理71多中断处理第一种策略方法多中断处理第一种策略方法7273用户程序低级中断高级中断多中断处理第二种策略方法多中断处理第二种策略方法7413.13.典型的中断处理典型的中断处理752) 2) 时钟中断时钟中断763) 3) 硬件故障中断硬件故障中断774) 4) 程序性中断程序性中断785) 5) 系统服务请求（自愿性中断）系统服务请求（自愿性中断）796

5、) 6) 系统服务请求实例系统服务请求实例80设备控制器或其设备控制器或其他系统硬件发出他系统硬件发出中断中断处理器完成当前处理器完成当前指令的执行指令的执行处理器接受中断处理器接受中断处理器将处理器将PSW和和PC推入系统堆栈推入系统堆栈处理器根据中断处理器根据中断类型读入新的类型读入新的PC值值中断系统硬件完成的工作中断系统硬件完成的工作81保存进程状态保存进程状态的其余信息的其余信息进程中断进程中断恢复进程状态恢复进程状态信息信息从系统堆栈恢从系统堆栈恢复原复原PSW和和PC中断系统软件完成的工作中断系统软件完成的工作82PSWPC.PSW PC.程序状态字指令计数器系统堆栈PSW1 P

6、C1PSW2 PC2PSW3 PC3PSW4 PC4PSW5 PC5PC1PC2PC383强迫性中断事件强迫性中断事件自愿性中断事件自愿性中断事件保存现场信息保存现场信息保存现场信息保存现场信息取出中断码取出中断码取出访管号取出访管号分析中断原因分析中断原因分析何种系统调用分析何种系统调用转相应处理程序转相应处理程序是否中断嵌套是否中断嵌套由系统恢复现场由系统恢复现场由系统恢复现场由系统恢复现场转低级调度程序转低级调度程序返回上层中断返回上层中断返回目态程序返回目态程序需要切换进程需要切换进程 TFFT84851.1. 引入通道的目的引入通道的目的 为了使为了使CPUCPU从从I/OI/O事务

7、中解事务中解脱出来，同时为了提高脱出来，同时为了提高CPUCPU与设与设备，设备与设备之间的并行工备，设备与设备之间的并行工作能力作能力86 2. 2. 通道类型通道类型871) 字节多路通道字节多路通道88892) 选择通道选择通道 90 选择通道选择通道选择通道913) 成组多路通道成组多路通道 92939495969798 99100 101102 5. 通道与通道与CPU的关系的关系1036.6.通道的发展通道的发展1045.5.4.5.5.4. DMA DMA 技术技术105106107108CPU向控制器发出启动向控制器发出启动DMA通知和有关参数通知和有关参数控制器向内存发出询问

8、请求控制器向内存发出询问请求访问内存（读、写）访问内存（读、写）计数器减计数器减1结束否结束否发中断发中断NYDMA的实现流程的实现流程1091102. 2. 引入缓冲区的好处引入缓冲区的好处1113. 3. 引入缓冲区的缺点引入缓冲区的缺点1121135. 5. 几种缓冲技术几种缓冲技术114双缓冲双缓冲（a a）115双双缓冲缓冲（b b）1165) 5) 缓冲池管理程序缓冲池管理程序1176 6 缓冲例子缓冲例子1181195.5.6 总线技术总线技术120总线的分类总线的分类CPU-内存总线内存总线I/O总线总线数据总线数据总线地址总线地址总线控制总线控制总线（非本课程范围）（非本课程

9、范围） 2. 2. 总线的分类总线的分类121微型计算机微型计算机总线的种类和发展总线的种类和发展PCXT总线总线ISA总线总线MCA总线总线EISA总线总线VESA总线总线 PCI总线总线USB总线总线.(?)(?)(过时过时)1394总线总线SCSI总线总线122 3. USB技术123 3. USB技术技术1241) USB1) USB的结构的结构1252) USB2) USB的传输方式的传输方式126USBUSB的传输方式（续）的传输方式（续）127128SCSISCSI系统结构系统结构129 5. 即插即用技术即插即用技术(Plug and Play）1301) PnP技术的产生技术

10、的产生1312) PnP技术的特点技术的特点1323) PnP技术的功能及支持技术的功能及支持1336. 6. 网络网络I/OI/O设备设备1347.7. 网络打印设备网络打印设备135136 5.6.15.6.1 设备分配与回收设备分配与回收137 5.6.15.6.1 设备分配与回收设备分配与回收1381. 1. 设备管理中的数据结构设备管理中的数据结构139 1. 1. 设备管理中的数据结构（续）设备管理中的数据结构（续）1401) 1) 系统设备表系统设备表SDTSDT1412) 2) 设备控制表设备控制表DCTDCT142 三种控制块三种控制块1431441) 1) 独享、共享、虚拟

11、分配技术独享、共享、虚拟分配技术145独占设备的分配独占设备的分配146147 2)2)/ /设备的分配算法设备的分配算法1481491503. 3. 系统的逻辑设备表系统的逻辑设备表151152153154155156157158159160161 中断现场保护示意图中断现场保护示意图162 中断处理流程中断处理流程163管理程序管理程序保护现场保护现场组织通道程序组织通道程序保存通道程序保存通道程序的始址于的始址于CAW启动启动I/O指令指令分析条件码分析条件码启动成功使启动成功使P阻塞阻塞, 另选另选程序程序q运行运行保护程序保护程序q的的现场现场分析中断原因分析中断原因处理处理I/O中断中断选择可运行程序选择可运行程序 请求请求启动程序启动程序