计算机设备管理论述

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5.5I/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5.2.3DMA方式5.2.4通道控制方式返回本章首页5.2.1程程序序直接接控制制方式式程序直直接控控制方方式是是指由由程序序直接接控制制内存存或CPU和外围围设备备之间间进行行信息息传送送的方方式。。通常常又称称为““忙——等””方式式或循循环测测试方方式。。在数据据传送送过程程中，，必不不可少少的一一个硬硬件设设备是是I/O控制器器，它它是操操作系系统软软件和和硬件件设备备之间间的接接口，，它接接收CPU的命令令，并并控制制I/O设备进进行实实际的的操作作。下一页页下面讲讲述程程序直直接控控制方方式的的工作作过程程。由由于数数据传传送过过程中中输入入和输输出的的情况况比较较类似似，下下面只只给出出输出出数据据时的的工作作过程程。（1））把一一个启启动位位为““1””的控控制字字写入入该设设备的的控制制状态态寄存存器。。（2））将需需输出出数据据送到到数据据缓冲冲寄存存器。。（3））测试试控制制状态态寄存存中的的“完完成位位”，，若为为0，，转（（2）），否否则转转（4）。。（4））输出出设备备将数数据缓缓冲寄寄存器器中的的数据据取走走进行行实际际的输输出。。返回本本节5.2.2中中断断控制制方式式（1））进程程需要要数据据时，，将允允许启启动和和允许许中断断的控控制字字写入入设备备控制制状态态寄存存器中中，启启动该该设备备进行行输入入操作作。（2））该进进程放放弃处处理机机，等等待输输入的的完成成。操操作系系统进进程调调度程程序调调度其其他就就绪进进程占占用处处理机机。（3））当输输入完完成时时，输输入设设备通通过中中断请请求线线向CPU发出中中断请请求信信号。。CPU在接收收到中中断信信号之之后，，转向向中断断处理理程序序。（4））中断断处理理程序序首先先保护护现场场，然然后把把输入入缓冲冲寄存存器中中的数数据传传送到到某一一特定定单元元中去去，同同时将将等待待输入入完成成的那那个进进程唤唤醒，，进入入就绪绪状态态，最最后恢恢复现现场，，并返返回到到被中中断的的进程程继续续执行行。（5）在以以后的某一一时刻，操操作系统进进程调度程程序选中提提出的请求求并得到获获取数据的的进程，该该进程从约约定的内存存特定单元元中取出数数据继续工工作。返回本节5.2.3DMA方式DMA方式又称直直接存储器器访问（DirectMemoryAccess）方式。其基基本思想是是在外设和和主存之间间开辟直接接的数据交交换通路。。DMA方式的特点点是：（1）数据据传送的基基本单位是是数据块。。（2）所传传送的数据据是从设备备送内存，，或者相反反。（3）仅在在传送一个个或多个数数据块的开开始和结束束时，才需需中断CPU，请求干预，，整块数据据的传送是是在DMA控制器控制制下完成的的。下一页图5.1DMA控制器与其其他部件的的关系返回本节5.2.4通道道控制方式式通道控制方方式与DMA方式相类似似，也是一一种内存和和设备直接接进行数据据交换的方方式。与DMA方式不同的的是，在通通道控制方方式中，数数据传送方方向存放数数据的内存存始址及传传送的数据据块长度均均由一个专专门负责输输入/输出出的硬件———通道来来控制。另另外，DMA方式每台设设备至少需需要一个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R0，表示通道程程序是否结结束。（5）记录录结束标志志R1，表示所处理理的记录是是否结束。。下一页下面给出一一个由三条条通道指令令所构成的的简单程序序。该程序是将将内存中不不同地址的的数据写成成多个记录录。操作R0R1计数内存地址WRITE00801420WRITE011702120下一页图5.2通通道方方式的数据据传送结构构下一页通道控制方方式的数据据过程如下下：（1）当进进程要求设设备输入时时，CPU发指令指明明I/O操作、设备备号和对应应通道。（2）对应应通道收到到CPU发来的启动动指令后，，读出内存存中的通道道指令程序序、设置对对应设备的的控制状态态寄存器的的初值。（3）设备备按通道指指令的要求求，把数据据送往内存存指定区域域。（4）若传传送结束，，I/O控制器通过过中断请求求线发中断断信号请求求CPU做中断处理理。（5）中断断处理结束束后，CPU返回到被中中断进程处处继续执行行。（6）当进进程调度程程序选中这这个已得到到数据的进进程后，才才能进行加加工处理。。返回本节5.3缓缓冲技技术5.3.1缓冲冲的引入5.3.2单缓缓冲5.3.3双缓缓冲5.3.4环形形缓冲5.3.5缓冲冲池返回本章首首页5.3.1缓冲冲的引入引入缓冲的的主要目的的有以下几几点。1．缓和处处理机和I/O设备间速度度不匹配的的矛盾2．减少对对CPU的中断次数3．提高CPU和I/O设备之间的并行性返回本节5.3.2单缓缓冲单缓冲是操操作系统提提供的最简简单的一种种缓冲形式式。每当一一个进程发发出一个I/O请求求时时，，操操作作系系统统便便在在主主存存中中为为之之分分配配一一缓缓冲冲区区，，该该缓缓冲冲区区用用来来临临时时存存放放输输入入/输输出出数数据据。。返回回本5.3.3双双缓缓冲冲解决决外外设设之之间间并并行行工工作作的的最最简简单单的的办办法法是是设设置置双双缓缓冲冲。。在在双双缓缓冲冲方方案案中中，，具具体体的的做做法法是是为为输输入入或或输输出出操操作作设设置置两两个个缓缓冲冲区区buffer1和buffer2。。双缓缓冲冲方方式式和和单单缓缓冲冲方方式式相相比比，，虽虽然然双双缓缓冲冲方方式式能能进进一一步步提提高高CPU和外外设设的的并并行行程程度度，，并并能能使使输输入入设设备备和和输输出出设设备备并并行行工工作作，，但但是是在在实实际际系系统统中中很很少少采采用用这这一一方方式式，，这这是是因因为为在在计计算算机机系系统统中中的的外外设设很很多多，，又又有有大大量量的的输输入入和和输输出出，，同同时时双双缓缓冲冲很很难难匹匹配配设设备备和和CPU的处处理理速速度度。。因因此此现现代代计计算算机机系系统统中中一一般般使使用用环环形形缓缓冲冲或或缓缓冲冲池池结结构构。。返回回本本节节5.3.4环形形缓缓冲冲环形形缓缓冲冲技技术术是是在在主主存存中中分分配配一一组组大大小小相相等等的的存存储储区区作作为为缓缓冲冲区区，，并并将将这这些些缓缓冲冲区区链链接接起起来来，，每每个个缓缓冲冲区区中中有有一一个个指指向向下下一一个个缓缓冲冲的的指指针针，，最最后后一一个个缓缓冲冲区区的的指指针针指指向向第第一一个个缓缓冲冲区区，，这这样样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，如磁盘盘上的各扇区区。二是指对对磁盘等驱动动器的共享，，多个用户访访问这些设备备上的信息是是通过驱动器器来实现的。。对共享设备的的分配一般采采用动态分配配这一方式。。下一页常见的设备分分配方法有两两种。1．先来先服服务2．优先级高高者优先返回本节5.4.3虚虚拟设备备的分配与假假脱机技术1．虚拟设备备的分配2．假脱机技技术3．假脱机系系统的组成4．假脱机系系统的特点下一页1．虚拟设备备的分配所谓虚拟设备备是指代替独独享设备的那那部分存储空空间及有关的的控制结构。。对虚拟设备备采用的是虚虚拟分配，其其过程是：当当进程中请求求独享设备时时，系统将共共享设备的一一部分存储空空间分配给它它。进程与设设备交换信息息时，系统把把要交换的信信息存放在这这部分存储空空间，在适当当的时候对信信息作相应的的处理。如打打印时，把要要打印的信息息送到某个存存储空间中，，在打印机空空闲时将存储储空间上的信信息送到打印印机上打印出出来。下一页2．假脱机技技术通过共享设备备来模拟独享享设备所采用用的操作是假假脱机操作，，即在联机情情况下外部设设备设备同时时操作。所使使用的假脱机机技术称之为为假脱机技术术。下一页页3．假假脱机机系统统的组组成输入井井和输输出井井输入缓缓冲区区和输输出缓缓冲区区输入进进程和和输出出进程程下一页页图5.6假假脱机机系统统的组组成下一页页4．假假脱机机系统统的特特点（1））提高高了I/O速度。。从对对低速速I/O设备进进行的的I/O操作变变为对对输入入井或或输出出井的的操作作，如如同脱脱机操操作一一样，，提高高了I/O速度，，缓和和了CPU与低速速I/O设备速速度不不匹配配的矛矛盾。。（2））设备备并没没有分分配给给任何何进程程。在在输入入井或或输出出井中中，分分配给给进程程的是是一存存储区区和建建立一一张I/O请求表表。（3））实现现了虚虚拟设设备功功能。。多个个进程程同时时使用用一独独享设设备，，而对对每一一进程程而言言，都都认为为自己己独占占这一一设备备，不不过，，该设设备是是逻辑辑上的的设备备。返回本本节5.5I/O进进程控控制5.5.1用用户户进程程的输输入输输出请请求5.5.2设设备备驱动动程序序5.5.3中中断断处理理程序序的处处理过过程返回本本章首首页5.5.1用用户户进程程的输输入输输出请请求用户进进程的的输入入输出出请求求包括括：申申请进进行I/O操作的的逻辑辑设备备名要要求的的操作作、传传送数数据的的长度度和起起始地地址等等。典典型的的用户户进程程的输输入输输出请请求可可通过过下述述通用用的系系统调调用命命令来来实现现：doio(dev,mode,bmount,bddr)其中：：dev表示执执行I/O的逻辑辑设备备名；；mode表示操操作的的类型型，如如读、、写等等；bmount表示传传输的的数目目；bddr表示数数据传传送的的地址址。返回本本节5.5.2设设备备驱动动程序序1．设设备驱驱动程程序的的功能（1））实现现逻辑辑设备备到物物理设设备的的转换换。（2））发出出I/O命令，，启动动相应应的I/O设备，，完成成相应应的I/O操作。。2．设设备驱驱动程程序的的处理理过程程不同的的设备备有不不同的的设备备驱动动程序序，但但设备备驱动动程序序大都都可分分为两两部分分，除除有能能驱动动I/O设备工工作的的驱动动程序序外，，还有有设备备中断断处理理I/O完成后后的工工作程程序。。返回本本节5.5.3中中断断处理理程序序的处处理过过程中断处处理程程序的的处理理过程程如下下：1．唤唤醒被被阻塞塞的驱驱动程程序进进程2．保保护被被中断断进程程的现现场3．分分析中中断原原因、、转入入相应应的设设备中中断处处理程程序4．进进行中中断处处理5．恢恢复被被中断断进程程的现现场返回本本节THANKYOUVERYMUCH！！本章到到此结结束，，谢谢您您的光光临！！返回本本章首首页结束束9、静夜四无邻邻，荒居旧业业贫。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、雨雨中中黄黄叶叶树树，，灯灯下下白白头头人人。。。。20:50:1020:50:1020:5012/29/20228:50:10PM11、以我独沈沈久，愧君君相见频。。。12月-2220:50:1020:50Dec-2229-Dec-2212、故故人人江江海海别别，，几几度度隔隔山山川川。。。。20:50:1020:50:1020:50Thursday,December29,202213、乍见见翻疑疑梦，，相悲悲各问问年。。。12月月-2212月月-2220:50:1020:50:10December29,202214、他乡生白白发，旧国国见青山。。。29十二二月20228:50:10下下午20:50:1012月-2215、比不了得就就不比，得不不到的就不要要。。。十二月228:50下下午12月-2220:50December29,202216、行动动出成成果，，工作作出财财富。。。2022/12/2920:50:1020:50:1029December202217、做前，能能够环视四四周；做时时，你只能能或者最好好沿着以脚脚为起点的的射线向前前。。8:50:10下下午8:50下下午20:50:1012月-229、没有有失败败，只只有暂暂时停停止成成功！！。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、很多事情情努力了未未必有结果果，但是不不努力却什什么改变也也没有。。。20:50:1020:50:1020:5012/29/20228:50:10PM11、成功就是日日复一日那一一点点小小努努力的积累。。。12月-2220:50:1020:50Dec-2229-Dec-2212、世世间间成成事事，，不不求求其其绝绝对对圆圆满满，，留留一一份份不不足足，，可可得得无无限限完完美美。。。。20:50:1020:50:1020:50Thursday,December29,202213、不知香香积寺，，数里入入云峰。。。12月-2212月-2220:50:1020:50:10December29,202214、意志坚强强的人能把把世界放在在手中像泥泥块一样任任意揉捏。。29十二二月20228:50:10下下午20:50:1012月-2215、楚塞塞三湘湘接，，荆门门九派派通。。。。十二月月