第五章設備管理.ppt課件

1、在計算機系統(tǒng)中，設備管理是指對數(shù)據(jù)傳在計算機系統(tǒng)中，設備管理是指對數(shù)據(jù)傳輸控制和對除中央處置器、主存儲器之外輸控制和對除中央處置器、主存儲器之外的一切其他設備的管理。的一切其他設備的管理。外部設備指除中央處置器、主存儲器之外外部設備指除中央處置器、主存儲器之外的一切其它設備。的一切其它設備。設備的類型設備的類型1、按操作特性分類：存儲設備、輸入、按操作特性分類：存儲設備、輸入/輸出輸出設備設備2、按傳輸?shù)男畔⑻攸c分類：字符設備、塊、按傳輸?shù)男畔⑻攸c分類：字符設備、塊設備設備字符設備字符設備如：鍵盤、行式打印機。特點是如：鍵盤、行式打印機。特點是速度低、不可尋址、速度低、不可尋址、I/O采用中斷

2、驅動。采用中斷驅動。塊設備塊設備如：磁盤、磁帶，塊大小如：磁盤、磁帶，塊大小512B32KB，通常為，通常為512B。塊設備的特點是。塊設備的特點是速度高、隨機訪問、速度高、隨機訪問、I/O采用采用DMA。3、按系統(tǒng)和用戶的觀念分類：系統(tǒng)設備和、按系統(tǒng)和用戶的觀念分類：系統(tǒng)設備和用戶設備。用戶設備。 系統(tǒng)設備是系統(tǒng)設備是 指操作系統(tǒng)生成時已登記在系指操作系統(tǒng)生成時已登記在系統(tǒng)中的規(guī)范設備，如鍵盤、磁盤。統(tǒng)中的規(guī)范設備，如鍵盤、磁盤。用戶設備是指操作系統(tǒng)生成后，用戶定義的用戶設備是指操作系統(tǒng)生成后，用戶定義的非規(guī)范設備，如繪圖儀，游戲手柄等，需求非規(guī)范設備，如繪圖儀，游戲手柄等，需求用戶安裝設備

3、驅動程序。用戶安裝設備驅動程序。4、按運用角度的觀念分類：獨占設備、共、按運用角度的觀念分類：獨占設備、共享設備享設備監(jiān)視系統(tǒng)中一切設備的形狀監(jiān)視系統(tǒng)中一切設備的形狀進展設備分配進展設備分配設備控制是設備管理的另一功能設備控制是設備管理的另一功能忙等待方式缺陷 CPU與外設只能串行任務。CPU在一段時間內只能與一臺外設交換數(shù)據(jù)信息。無法發(fā)現(xiàn)和處置由于設備和其它硬件所產(chǎn)生的錯誤。發(fā)指令啟動外設設備的標志位=1等待進展數(shù)據(jù)傳送CPU是否接到啟動命令預備終了標志位置1等待CPU的下條指令外設是否做數(shù)據(jù)傳送預備ab程序直接控制方式是指處置器以循環(huán)方式不斷測試設備控制器的控制程序直接控制方式是指處置器以

4、循環(huán)方式不斷測試設備控制器的控制/形狀存放器中形狀存放器中的忙閑標志。的忙閑標志。 低優(yōu)先級高優(yōu)先級電源缺點時鐘中斷配置文件處置機內部中斷設備 n設備 1DPC/dispatchAPC3130272632線程優(yōu)先級0至31102928硬件中斷軟件中斷中斷現(xiàn)場維護表示圖 NN+1用戶程序中斷效力子程序處置機形狀字 PSW程序計數(shù)器 PC存放器 1存放器 n中斷堆棧中斷方式優(yōu)點中斷方式優(yōu)點CPU利用率高利用率高外設并行任務外設并行任務中斷方式缺陷中斷方式缺陷中斷的次數(shù)過多。中斷的次數(shù)過多。 中斷次數(shù)的急劇添中斷次數(shù)的急劇添加會呵斥加會呵斥CPU無法無法及時呼應中斷，出及時呼應中斷，出現(xiàn)數(shù)據(jù)喪失景象

5、。現(xiàn)數(shù)據(jù)喪失景象。發(fā)指令啟動外設將中斷位置1收到中斷信號嗎？中斷處理被中斷進程繼續(xù)執(zhí)行CPU是否接到啟動命令數(shù)據(jù)寄存器滿嗎？控制器發(fā)中斷信號外設是否將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)寄存器（a）（b）進程調度程序調度其它進程其它進程執(zhí)行DMA方式又稱直接存儲器訪問方式，根本思想是在外設和主存之間開辟直接的數(shù)據(jù)交換通路。 DMA控制器替代控制內存與外設的成批數(shù)據(jù)交換，在操作完成時由DMA控制器向CPU發(fā)出中斷。添加兩類存放器：內存地址存放器MAR數(shù)據(jù)計數(shù)器DCPU控制器控制/形狀存放器內存地址存放器忙/閑位中斷位開場中斷數(shù)據(jù)線信號線數(shù)據(jù)存放器數(shù)據(jù)計數(shù)器內存Count存儲器地址增1數(shù)據(jù)計數(shù)器減1挪用存儲器周期傳送數(shù)據(jù)

6、字開場設置MAR和DC的初值啟動DMA傳送命令DC=0？是在繼續(xù)執(zhí)行用戶程序的同時，預備又一次傳送懇求中斷否lDMA方式比中斷方式、輪番測試顯著地減少了CPU的干涉，即從字節(jié)為單位的干涉減少到以數(shù)據(jù)塊為單位的干涉。lI/O通道方式是DMA方式的開展，把以數(shù)據(jù)塊為單位的干涉，減少到對一組數(shù)據(jù)塊為單位的干涉。l在DMA方式中，每發(fā)出一個I/O指令，能讀寫一個延續(xù)的數(shù)據(jù)塊，當需求一次去讀多個離散的數(shù)據(jù)塊且將它們分別傳送到不同的內存區(qū)域時，那么需多條I/O指令和多次中斷，而通道只需一次即可完成。l雖然有控制器可以對設備進展控制，但當外設很多時，CPU負擔過重，為此在CPU與控制器之間添加通道。l添加通

7、道的目的“是建立獨立的I/O操作，不僅使數(shù)據(jù)的傳送能獨立于CPU，而且有關I/O操作的組織、管理及終了也盡量獨立，以保證CPU有更多的時間去進展數(shù)據(jù)處置。l通道是特殊的處置機l它指令單一。l沒有內存。通道由一系列通道指令構成，這些指令受控制啟動，并在操作系統(tǒng)終了時向發(fā)出中斷信號。l選擇多路通道選擇多路通道l傳送速度快，銜接磁盤等高速外設。傳送速度快，銜接磁盤等高速外設。l以塊為傳送單位。以塊為傳送單位。l通道與多個外設相連，但一次只能執(zhí)行一個通道程序，通道與多個外設相連，但一次只能執(zhí)行一個通道程序，用完釋放后才讓給其他設備。用完釋放后才讓給其他設備。l數(shù)組多路通道數(shù)組多路通道l以分時方式執(zhí)行幾

8、個通道程序以分時方式執(zhí)行幾個通道程序l一塊為單位傳送數(shù)據(jù)一塊為單位傳送數(shù)據(jù)l銜接中速外設。如磁帶機。銜接中速外設。如磁帶機。l綜合字節(jié)多路通道的并行綜合字節(jié)多路通道的并行“和選擇通道的高速和選擇通道的高速“的優(yōu)的優(yōu)點。通道利用一臺設備讀寫定位點。通道利用一臺設備讀寫定位“的時間，再與另一外的時間，再與另一外設交換信息。設交換信息。l字節(jié)多路通道字節(jié)多路通道l銜接大量低速外設。如打印機、終端、卡片機等。銜接大量低速外設。如打印機、終端、卡片機等。l以字節(jié)為傳送單位。以字節(jié)為傳送單位。l可以分時執(zhí)行多個通道可以分時執(zhí)行多個通道l傳送時，通道與多個外設交叉?zhèn)魉?，當一個外設交換一傳送時，通道與多個外設

9、交叉?zhèn)魉停斠粋€外設交換一個字節(jié)后，立刻騰出，將通道讓給另一個設備運用。個字節(jié)后，立刻騰出，將通道讓給另一個設備運用。主通道：A1B1C1A2B2C2控制器 A控制器 B控制器 C控制器 D控制器 N子通道A： A1A2A3子通道B： B1B2B3子通道C： C1C2C3子通道N： N1N2N3ABCDN設備緩沖的引入緩沖的引入緩和緩和CPU與與I/O設備間速度不匹配的矛盾設備間速度不匹配的矛盾減少對減少對CPU的中斷頻率的中斷頻率提高提高CPU和和I/O設備之間的并行性設備之間的并行性協(xié)調傳輸數(shù)據(jù)大小不一致的設備協(xié)調傳輸數(shù)據(jù)大小不一致的設備緩沖是在通訊問題中，為了使通訊雙方的速度匹配緩沖是在

10、通訊問題中，為了使通訊雙方的速度匹配而引入的一個中間層次，這個層次的速度比通訊雙而引入的一個中間層次，這個層次的速度比通訊雙方中較慢的一方快，而與較快的一方更匹配方中較慢的一方快，而與較快的一方更匹配 。單緩沖雙緩沖環(huán)行緩沖緩沖池單緩沖是操作系統(tǒng)提供的一種最簡單的緩沖方式。每當單緩沖是操作系統(tǒng)提供的一種最簡單的緩沖方式。每當一個進程發(fā)出一個懇求時，操作系統(tǒng)在主存中為該進程一個進程發(fā)出一個懇求時，操作系統(tǒng)在主存中為該進程分配一個緩沖區(qū)，該緩沖區(qū)用降暫時存放輸入、輸出數(shù)分配一個緩沖區(qū)，該緩沖區(qū)用降暫時存放輸入、輸出數(shù)據(jù)。據(jù)。采用單緩沖區(qū)可以緩和采用單緩沖區(qū)可以緩和CPU和外設速度之間的矛盾，使和外

11、設速度之間的矛盾，使CPU和外設并行任務但它不能使外設之間經(jīng)過單緩沖區(qū)和外設并行任務但它不能使外設之間經(jīng)過單緩沖區(qū)到達并行。到達并行。用戶進程輸出設備緩沖區(qū)操作系統(tǒng)a單緩沖用戶進程輸出設備緩沖區(qū)1操作系統(tǒng)（b）雙緩沖緩沖區(qū)2l信息的輸入與輸出速率一樣或者接近l對于雙緩沖，先將數(shù)據(jù)輸入到第一個緩沖區(qū)，l在向第二個緩沖區(qū)送數(shù)據(jù)的同時，CPU對第一個緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)進展計算。以上的緩沖只能用于某一進程，他們屬于公用緩沖。為了提高緩沖區(qū)的利用率，可采用公用緩沖池。數(shù)據(jù)的輸入與輸出具有陣發(fā)性三個緩沖區(qū)鏈組成的隊列：l空緩沖區(qū)隊列emql輸入隊列inql輸出隊列outql對三個隊列的操作是類似的，主要有兩個操

12、作： l AddBuf(Type,number)：將由number指向的緩沖區(qū)掛在某個隊列Type l TakeBuf(Type)：從Type指示的某個隊列上，摘下一個緩沖區(qū)。l實現(xiàn)互斥和同步，系統(tǒng)設置兩個過程：GetBuf和PutBuf。 四種任務緩沖區(qū)：用于收容輸入數(shù)據(jù)的任務緩沖區(qū)hin用于提取輸入數(shù)據(jù)的任務緩沖區(qū)sin用于收容輸出數(shù)據(jù)的任務緩沖區(qū)hout用于提取輸出數(shù)據(jù)的任務緩沖區(qū)southinhoutsoutsin用戶程序收容輸入提取輸出提取輸入收容輸出緩沖池l收容輸入：輸入進程需求輸入數(shù)據(jù)時，調用GetBuf(emq) 從emq隊列摘下一空緩沖區(qū)，作為收容輸入任務緩沖區(qū)hin。把數(shù)據(jù)

13、輸入其中，之后調用PutBuf(inq,hin)，將緩沖區(qū)掛在輸入隊列inq上。l提取輸入：計算進程需求輸入數(shù)據(jù)時，調用GetBuf(inq)從輸入隊列inq中取下一緩沖區(qū)作為提取輸入任務緩沖區(qū)sin，計算進程提取數(shù)據(jù)后調用PutBuf(emq,sin)，將緩沖區(qū)掛在空緩沖隊列emq。 l收容輸出：當計算進程需求輸出數(shù)據(jù)時，調用GetBuf(emq)從emq中取下一空緩沖區(qū)作為收容輸出的任務緩沖區(qū)hout，當裝滿數(shù)據(jù)后，調PutBuf(outq,hout)，將該緩沖區(qū)掛在輸出緩沖隊列outq l提取輸出：當輸出進程任務時，調用GetBuf(outq)過程，從輸出隊列outq中取下一個裝滿輸出數(shù)

14、據(jù)的緩沖區(qū)作為提取輸出任務緩沖區(qū)sout，在數(shù)據(jù)取完后，再調用PutBuf(emq,sout)過程，將該緩沖區(qū)掛在空緩沖隊列emq的隊尾。 l設備固有屬性設備固有屬性l獨享設備獨享設備l共享設備共享設備l虛擬設備虛擬設備l設備分配算法設備分配算法要實現(xiàn)聯(lián)機方式下的外設同時操作，必需有一個要實現(xiàn)聯(lián)機方式下的外設同時操作，必需有一個完好的系統(tǒng)，這一系統(tǒng)就是完好的系統(tǒng)，這一系統(tǒng)就是SPOOLing的系統(tǒng)。的系統(tǒng)。Spooling的系統(tǒng)組成：的系統(tǒng)組成：輸入井和輸出井輸入井和輸出井輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)輸入進程和輸出進程輸入進程和輸出進程輸入緩沖區(qū)輸出緩沖區(qū)輸入進程輸出進程輸入井

15、輸出井外存輸入設備輸出設備打印機是經(jīng)常要用的輸出設備，屬于獨享設備。利用Spooling 技術，可將它改造為一臺供多用戶共享的設備，從而提高了設備的利用率。詳細過程：1用戶要求打印2輸出進程SPO在“輸出井為之懇求一空閑盤區(qū)，并將要求打印的數(shù)據(jù)送入其中。3SPO為用戶進程懇求“用戶懇求打印表，將打印要求填入其中，并將該表掛到懇求打印隊列上。4打印機空閑時， SPO從打印隊列上取出一張“懇求打印表將要打印數(shù)據(jù)從“輸出井送到內存“輸出緩沖區(qū)，由打印機進展打印。5反復4?；蛘咻敵霾僮?，如設備不支持這次或者輸出操作，如設備不支持這次I/O 懇求，那么以為這次懇求，那么以為這次I/O 懇求非法。懇求非法。n3檢查設備的形狀。只需當該設備檢查設備的形狀。只需當該設備空閑時，才干啟動該設備控制器?？臻e時，才干啟動該設備控制器。n4傳送參數(shù)。傳送參數(shù)。n