設(shè)備管理培訓(xùn)課件

1、Network Optimization Expert Team第五章第五章 設(shè)備管理設(shè)備管理 5.1 I/O5.1 I/O系統(tǒng)系統(tǒng) 5.2 I/O5.2 I/O控制方式控制方式 5.3 5.3 緩沖管理緩沖管理 5.4 5.4 設(shè)備分配設(shè)備分配 5.5 5.5 設(shè)備處理設(shè)備處理 5.6 5.6 磁盤(pán)存儲(chǔ)器管理磁盤(pán)存儲(chǔ)器管理 Network Optimization Expert Team教學(xué)目的：教學(xué)目的：了解設(shè)備管理的主要功能、模型了解設(shè)備管理的主要功能、模型了解了解I/O子系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)了解設(shè)備的控制、了解設(shè)備的控制、I/O控制控制了解設(shè)備的類(lèi)型了解設(shè)備的類(lèi)型了解設(shè)備

2、分配了解設(shè)備分配掌握掌握I/O緩沖技術(shù)緩沖技術(shù)掌握掌握虛擬設(shè)備與虛擬設(shè)備與SPOOLing系統(tǒng)系統(tǒng)掌握掌握磁盤(pán)設(shè)備的管理磁盤(pán)設(shè)備的管理 重點(diǎn)難點(diǎn)：重點(diǎn)難點(diǎn)：掌握虛擬設(shè)備與掌握虛擬設(shè)備與SPOOLing系統(tǒng)所采用的技術(shù)系統(tǒng)所采用的技術(shù)掌握磁盤(pán)設(shè)備的管理方式掌握磁盤(pán)設(shè)備的管理方式Network Optimization Expert Team課前引入：設(shè)備管理概述課前引入：設(shè)備管理概述設(shè)備管理的主要功能：設(shè)備管理的主要功能：設(shè)備分配設(shè)備分配設(shè)備映射設(shè)備映射設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)I/O緩沖區(qū)的管理緩沖區(qū)的管理Network Optimization Expert Team設(shè)備分配設(shè)備分配 u多道程序系統(tǒng)中

3、的設(shè)備不允許用戶直接使多道程序系統(tǒng)中的設(shè)備不允許用戶直接使用，而是由操作系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度和控制。用，而是由操作系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度和控制。u設(shè)備分配功能是設(shè)備管理的基本任務(wù)。設(shè)備分配功能是設(shè)備管理的基本任務(wù)。u設(shè)備分配程序按照一定的策略，為申請(qǐng)?jiān)O(shè)設(shè)備分配程序按照一定的策略，為申請(qǐng)?jiān)O(shè)備的用戶進(jìn)程備的用戶進(jìn)程分配設(shè)備分配設(shè)備，記錄設(shè)備的使用，記錄設(shè)備的使用情況。情況。Network Optimization Expert Team設(shè)備映射設(shè)備映射 u為了提高應(yīng)用軟件對(duì)運(yùn)行平臺(tái)的適應(yīng)能力，方便為了提高應(yīng)用軟件對(duì)運(yùn)行平臺(tái)的適應(yīng)能力，方便實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件I/O重定向，大多數(shù)現(xiàn)代操作系統(tǒng)均重定向，大多數(shù)現(xiàn)代操

4、作系統(tǒng)均支持應(yīng)用軟件對(duì)設(shè)備的無(wú)關(guān)性，即通常所說(shuō)的設(shè)支持應(yīng)用軟件對(duì)設(shè)備的無(wú)關(guān)性，即通常所說(shuō)的設(shè)備無(wú)關(guān)性，或者設(shè)備獨(dú)立性備無(wú)關(guān)性，或者設(shè)備獨(dú)立性u(píng)設(shè)備無(wú)關(guān)性：應(yīng)用軟件所引用的、用于實(shí)現(xiàn)設(shè)備無(wú)關(guān)性：應(yīng)用軟件所引用的、用于實(shí)現(xiàn)I/O操操作的設(shè)備與物理作的設(shè)備與物理I/O系統(tǒng)中實(shí)際安裝的設(shè)備沒(méi)有固系統(tǒng)中實(shí)際安裝的設(shè)備沒(méi)有固定的聯(lián)系定的聯(lián)系Network Optimization Expert Team設(shè)備映射設(shè)備映射 u邏輯設(shè)備和物理設(shè)備邏輯設(shè)備和物理設(shè)備邏輯設(shè)備是指應(yīng)用軟件所引用的用于實(shí)現(xiàn)邏輯設(shè)備是指應(yīng)用軟件所引用的用于實(shí)現(xiàn)I/O操作操作的設(shè)備。的設(shè)備。物理設(shè)備則指，物理物理設(shè)備則指，物理I/O系統(tǒng)中

5、實(shí)際安裝的設(shè)備。系統(tǒng)中實(shí)際安裝的設(shè)備。u從應(yīng)用軟件的角度看，邏輯設(shè)備是一類(lèi)物理設(shè)備的從應(yīng)用軟件的角度看，邏輯設(shè)備是一類(lèi)物理設(shè)備的抽象。從操作系統(tǒng)設(shè)備管理程序的角度看，物理設(shè)抽象。從操作系統(tǒng)設(shè)備管理程序的角度看，物理設(shè)備則是某種邏輯設(shè)備的實(shí)例。備則是某種邏輯設(shè)備的實(shí)例。Network Optimization Expert Team設(shè)備映射設(shè)備映射 u如果某系統(tǒng)支持設(shè)備無(wú)關(guān)性，那么該系統(tǒng)中應(yīng)用如果某系統(tǒng)支持設(shè)備無(wú)關(guān)性，那么該系統(tǒng)中應(yīng)用軟件所引用的邏輯設(shè)備與實(shí)際安裝的物理設(shè)備沒(méi)軟件所引用的邏輯設(shè)備與實(shí)際安裝的物理設(shè)備沒(méi)有固定的聯(lián)系。有固定的聯(lián)系。u事實(shí)上，在應(yīng)用軟件運(yùn)行期間，操作系統(tǒng)的設(shè)備事實(shí)上，

6、在應(yīng)用軟件運(yùn)行期間，操作系統(tǒng)的設(shè)備管理程序必須將該應(yīng)用軟件對(duì)邏輯設(shè)備的引用轉(zhuǎn)管理程序必須將該應(yīng)用軟件對(duì)邏輯設(shè)備的引用轉(zhuǎn)換成對(duì)相關(guān)物理設(shè)備的引用。換成對(duì)相關(guān)物理設(shè)備的引用。u設(shè)備管理的這種功能稱為邏輯設(shè)備到物理設(shè)備的設(shè)備管理的這種功能稱為邏輯設(shè)備到物理設(shè)備的映射功能，簡(jiǎn)稱設(shè)備映射功能映射功能，簡(jiǎn)稱設(shè)備映射功能 。Network Optimization Expert Team設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)u又稱設(shè)備處理，指對(duì)物理設(shè)備進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)又稱設(shè)備處理，指對(duì)物理設(shè)備進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)真正的真正的I/O操作。操作。u設(shè)備驅(qū)動(dòng)的主要任務(wù)是：接收上層軟件發(fā)來(lái)的抽設(shè)備驅(qū)動(dòng)的主要任務(wù)是：接收上層軟件發(fā)來(lái)的抽象服務(wù)

7、請(qǐng)求，例如讀象服務(wù)請(qǐng)求，例如讀/寫(xiě)命令，再把它轉(zhuǎn)換為具體寫(xiě)命令，再把它轉(zhuǎn)換為具體要求，通過(guò)一系列的要求，通過(guò)一系列的I/O指令，控制設(shè)備完成請(qǐng)求指令，控制設(shè)備完成請(qǐng)求的操作；同時(shí)，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序還將設(shè)備發(fā)來(lái)的有的操作；同時(shí)，設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序還將設(shè)備發(fā)來(lái)的有關(guān)信號(hào)傳送給上層軟件，例如設(shè)備是否已損壞等關(guān)信號(hào)傳送給上層軟件，例如設(shè)備是否已損壞等。Network Optimization Expert Team設(shè)備驅(qū)動(dòng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)u設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與硬件密切相關(guān)，應(yīng)為每一類(lèi)設(shè)備設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序與硬件密切相關(guān)，應(yīng)為每一類(lèi)設(shè)備配置一種驅(qū)動(dòng)程序。配置一種驅(qū)動(dòng)程序。u設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序一般由設(shè)備開(kāi)發(fā)廠商根據(jù)操作系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序一般由

8、設(shè)備開(kāi)發(fā)廠商根據(jù)操作系統(tǒng)的要求組織編寫(xiě)，操作系統(tǒng)僅對(duì)與設(shè)備驅(qū)動(dòng)的接的要求組織編寫(xiě)，操作系統(tǒng)僅對(duì)與設(shè)備驅(qū)動(dòng)的接口提出要求，一般不負(fù)責(zé)具體設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的編口提出要求，一般不負(fù)責(zé)具體設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的編寫(xiě)。寫(xiě)。u有時(shí)候，某些硬件無(wú)法在某種操作系統(tǒng)中使用，有時(shí)候，某些硬件無(wú)法在某種操作系統(tǒng)中使用，原因很可能就是沒(méi)有專門(mén)的或通用的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程原因很可能就是沒(méi)有專門(mén)的或通用的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，或者設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)有問(wèn)題，使得設(shè)備無(wú)序，或者設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)有問(wèn)題，使得設(shè)備無(wú)法正常工作。法正常工作。Network Optimization Expert TeamI/O緩沖區(qū)的管理緩沖區(qū)的管理u為了緩和處理面與外部設(shè)備間

9、速度不匹配的矛盾為了緩和處理面與外部設(shè)備間速度不匹配的矛盾，提高處理機(jī)和外部設(shè)備間的并行性，現(xiàn)代操作，提高處理機(jī)和外部設(shè)備間的并行性，現(xiàn)代操作系統(tǒng)大都在設(shè)備管理部分引入了緩沖技術(shù)。系統(tǒng)大都在設(shè)備管理部分引入了緩沖技術(shù)。u通常，緩沖區(qū)是指內(nèi)存中的若干區(qū)域，用于緩存通常，緩沖區(qū)是指內(nèi)存中的若干區(qū)域，用于緩存進(jìn)程與外部設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸。又稱為進(jìn)程與外部設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸。又稱為I/O緩沖區(qū)緩沖區(qū)。uI/O緩沖區(qū)管理的任務(wù)是：組織緩沖區(qū)管理的任務(wù)是：組織I/O緩沖區(qū)，并為緩沖區(qū)，并為使用者提供獲得和釋放使用者提供獲得和釋放I/O緩沖區(qū)的手段。緩沖區(qū)的手段。Network Optimization Exp

10、ert Team處處理機(jī)理機(jī)內(nèi)內(nèi)存存I/OI/O設(shè)備設(shè)備I/OI/O設(shè)備設(shè)備I/OI/O設(shè)備設(shè)備I/OI/O設(shè)備設(shè)備I/OI/O設(shè)備設(shè)備系系統(tǒng)總線統(tǒng)總線5.1 I/O 5.1 I/O 系統(tǒng)系統(tǒng) 不同類(lèi)型不同類(lèi)型I/OI/O子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 總線型總線型I/O系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)Network Optimization Expert Team通道型通道型I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)處處理機(jī)理機(jī)內(nèi)內(nèi)存存I/OI/O設(shè)備設(shè)備系系統(tǒng)總線統(tǒng)總線I/OI/O通道通道I/OI/O通道通道I/OI/O通道通道I/OI/O設(shè)備設(shè)備I/OI/O設(shè)備設(shè)備 I/OI/O設(shè)備設(shè)備 I/OI/O設(shè)備設(shè)備I/OI/O

11、設(shè)備設(shè)備不同類(lèi)型不同類(lèi)型I/OI/O子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 Network Optimization Expert Team不同類(lèi)型不同類(lèi)型I/OI/O子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 具有控制器的具有控制器的I/OI/O系系統(tǒng)統(tǒng)Network Optimization Expert Team5.1.1 I/O5.1.1 I/O設(shè)備設(shè)備 1、I/O設(shè)備的類(lèi)型設(shè)備的類(lèi)型 1) 1) 按傳輸速率分類(lèi)（分三類(lèi)）按傳輸速率分類(lèi)（分三類(lèi)）n 低速設(shè)備：低速設(shè)備：指?jìng)鬏斔俾蕛H為每秒鐘幾個(gè)字節(jié)至數(shù)百指?jìng)鬏斔俾蕛H為每秒鐘幾個(gè)字節(jié)至數(shù)百個(gè)字節(jié)的一類(lèi)設(shè)備。如：鍵盤(pán)、鼠標(biāo)器、語(yǔ)音的輸入個(gè)字節(jié)的一類(lèi)設(shè)備。如：鍵盤(pán)、

12、鼠標(biāo)器、語(yǔ)音的輸入和輸出等設(shè)備。和輸出等設(shè)備。n 中速設(shè)備：中速設(shè)備：指?jìng)鬏斔俾试诿棵腌姅?shù)千個(gè)字節(jié)至數(shù)萬(wàn)指?jìng)鬏斔俾试诿棵腌姅?shù)千個(gè)字節(jié)至數(shù)萬(wàn)個(gè)字節(jié)的一類(lèi)設(shè)備。如：行式打印機(jī)、激光打印機(jī)等。個(gè)字節(jié)的一類(lèi)設(shè)備。如：行式打印機(jī)、激光打印機(jī)等。n 高速設(shè)備：高速設(shè)備：指其傳輸速率在數(shù)百指其傳輸速率在數(shù)百K K個(gè)字節(jié)至數(shù)十兆個(gè)字節(jié)至數(shù)十兆字節(jié)的一類(lèi)設(shè)備。字節(jié)的一類(lèi)設(shè)備。 如：磁帶機(jī)、如：磁帶機(jī)、 磁盤(pán)機(jī)、磁盤(pán)機(jī)、 光盤(pán)機(jī)光盤(pán)機(jī)等。等。 Network Optimization Expert Team2) 按信息交換的單位分類(lèi)（分兩類(lèi)）按信息交換的單位分類(lèi)（分兩類(lèi)） 塊設(shè)備塊設(shè)備(Block Device)

13、：用于存儲(chǔ)信息。用于存儲(chǔ)信息。 I/O傳輸傳輸?shù)膯挝皇菈K。的單位是塊。 它屬于有結(jié)構(gòu)設(shè)備。典型的塊設(shè)備是它屬于有結(jié)構(gòu)設(shè)備。典型的塊設(shè)備是磁盤(pán)。磁盤(pán)。 基本特征：傳輸速率較高；可隨機(jī)訪問(wèn)任一塊；基本特征：傳輸速率較高；可隨機(jī)訪問(wèn)任一塊；DMA方式驅(qū)動(dòng)。方式驅(qū)動(dòng)。 字符設(shè)備字符設(shè)備(Character Device)：用于數(shù)據(jù)的輸入和用于數(shù)據(jù)的輸入和輸出。輸出。 I/O傳輸?shù)膯挝皇亲止?jié)。如打印機(jī)。傳輸?shù)膯挝皇亲止?jié)。如打印機(jī)。 基本特征：傳輸速率較低；不可尋址；中斷驅(qū)基本特征：傳輸速率較低；不可尋址；中斷驅(qū)動(dòng)。動(dòng)。 Network Optimization Expert Team3) 按設(shè)備的共享屬

14、性分類(lèi)（分三類(lèi)）按設(shè)備的共享屬性分類(lèi)（分三類(lèi)） 獨(dú)占設(shè)備：獨(dú)占設(shè)備：在任一段時(shí)間內(nèi)最多有一個(gè)進(jìn)程占在任一段時(shí)間內(nèi)最多有一個(gè)進(jìn)程占用它，字符設(shè)備及磁帶機(jī)屬獨(dú)占型設(shè)備。即臨界用它，字符設(shè)備及磁帶機(jī)屬獨(dú)占型設(shè)備。即臨界資源。資源。 共享設(shè)備：共享設(shè)備：多個(gè)進(jìn)程對(duì)它的訪問(wèn)可以交叉進(jìn)行，多個(gè)進(jìn)程對(duì)它的訪問(wèn)可以交叉進(jìn)行，除磁帶機(jī)外的塊設(shè)備屬共享設(shè)備。除磁帶機(jī)外的塊設(shè)備屬共享設(shè)備。 虛擬設(shè)備：虛擬設(shè)備：在一類(lèi)設(shè)備上模擬另一類(lèi)設(shè)備，常在一類(lèi)設(shè)備上模擬另一類(lèi)設(shè)備，常用共享設(shè)備模擬獨(dú)占設(shè)備，用高速設(shè)備模擬低速用共享設(shè)備模擬獨(dú)占設(shè)備，用高速設(shè)備模擬低速設(shè)備，被模擬的設(shè)備稱為虛擬設(shè)備。設(shè)備，被模擬的設(shè)備稱為虛擬設(shè)備。

15、Network Optimization Expert Team2. 設(shè)備與控制器之間的接口設(shè)備與控制器之間的接口 設(shè)備與控制器間的接口設(shè)備與控制器間的接口 緩沖緩沖轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器控制邏輯控制邏輯信號(hào)信號(hào)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信號(hào)線數(shù)據(jù)信號(hào)線狀態(tài)信號(hào)線狀態(tài)信號(hào)線控制信號(hào)線控制信號(hào)線至設(shè)備至設(shè)備控制器控制器I/O設(shè)備設(shè)備 設(shè)備通過(guò)設(shè)備控制器間接與設(shè)備通過(guò)設(shè)備控制器間接與CPU進(jìn)行通信，在設(shè)進(jìn)行通信，在設(shè)備與設(shè)備控制器之間有一接口，備與設(shè)備控制器之間有一接口， 傳遞三類(lèi)信號(hào)：對(duì)應(yīng)傳遞三類(lèi)信號(hào)：對(duì)應(yīng)三條信號(hào)線三條信號(hào)線 。緩沖緩沖轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器控制邏輯控制邏輯信號(hào)信號(hào)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信號(hào)線數(shù)據(jù)信號(hào)線狀態(tài)信號(hào)線狀態(tài)信號(hào)

16、線控制信號(hào)線控制信號(hào)線至設(shè)備至設(shè)備控制器控制器I/O設(shè)備設(shè)備緩沖緩沖轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器控制邏輯控制邏輯信號(hào)信號(hào)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信號(hào)線數(shù)據(jù)信號(hào)線狀態(tài)信號(hào)線狀態(tài)信號(hào)線控制信號(hào)線控制信號(hào)線至設(shè)備至設(shè)備控制器控制器I/O設(shè)備設(shè)備緩沖緩沖轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器控制邏輯控制邏輯信號(hào)信號(hào)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信號(hào)線數(shù)據(jù)信號(hào)線狀態(tài)信號(hào)線狀態(tài)信號(hào)線控制信號(hào)線控制信號(hào)線至設(shè)備至設(shè)備控制器控制器I/O設(shè)備設(shè)備N(xiāo)etwork Optimization Expert Team不同類(lèi)型不同類(lèi)型I/OI/O子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 具有控制器的具有控制器的I/OI/O系系統(tǒng)統(tǒng)Network Optimization Expert Team5.1.2

17、 5.1.2 設(shè)備控制設(shè)備控制器器 設(shè)備控制器設(shè)備控制器是是CPUCPU和設(shè)備之間的一個(gè)接口和設(shè)備之間的一個(gè)接口, ,它它接收從接收從CPUCPU發(fā)來(lái)的命令發(fā)來(lái)的命令, ,控制控制I/OI/O設(shè)備操作設(shè)備操作, ,實(shí)現(xiàn)主實(shí)現(xiàn)主存和設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。存和設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。 I/OI/O設(shè)備通常包含一個(gè)機(jī)械部件和一個(gè)電子部設(shè)備通常包含一個(gè)機(jī)械部件和一個(gè)電子部件。電子部件被稱作件。電子部件被稱作I/OI/O部件或設(shè)備控制器。部件或設(shè)備控制器。 早期早期CPUCPU是直接控制外部設(shè)備的，在引入是直接控制外部設(shè)備的，在引入I/OI/O部件之后，部件之后，I/OI/O指令功能加強(qiáng)，才將指令功能加強(qiáng)，才

18、將CPUCPU逐漸從與逐漸從與外設(shè)的交互細(xì)節(jié)中解放出來(lái)。外設(shè)的交互細(xì)節(jié)中解放出來(lái)。 操作系統(tǒng)一般只與控制器打交道，而非設(shè)備本身。操作系統(tǒng)一般只與控制器打交道，而非設(shè)備本身。Network Optimization Expert TeamPCIPCI總線控制器總線控制器處理機(jī)處理機(jī)內(nèi)存內(nèi)存顯卡顯卡外外設(shè)設(shè)光光盤(pán)盤(pán)磁磁盤(pán)盤(pán)IDEIDE總線控制器總線控制器外設(shè)控制器外設(shè)控制器控控制制器器控控制制器器連接連接CPUCPU、內(nèi)存、設(shè)備控制器和、內(nèi)存、設(shè)備控制器和I/OI/O設(shè)備模型設(shè)備模型 Network Optimization Expert Team 控制器的任務(wù)是在外部設(shè)備與控制器的任務(wù)是在外部設(shè)

19、備與CPUCPU（或內(nèi)存）之間（或內(nèi)存）之間完成比特流（外部信號(hào)）和字節(jié)流（塊）之間的轉(zhuǎn)換完成比特流（外部信號(hào)）和字節(jié)流（塊）之間的轉(zhuǎn)換。磁盤(pán)磁盤(pán) 控制器控制器主存主存比特流比特流字節(jié)塊字節(jié)塊轉(zhuǎn)換、校驗(yàn)轉(zhuǎn)換、校驗(yàn)字符顯示字符顯示控制器控制器主存經(jīng)主存經(jīng)CPUCPU顯示信號(hào)顯示信號(hào)字節(jié)流字節(jié)流轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換Network Optimization Expert Team1. 設(shè)備控制器的基本功能設(shè)備控制器的基本功能 1) 接收和識(shí)別命令來(lái)自接收和識(shí)別命令來(lái)自CPU的命令的命令2) 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換進(jìn)行數(shù)據(jù)交換3) 收集設(shè)備狀態(tài)并向收集設(shè)備狀態(tài)并向CPU報(bào)告報(bào)告4) 地址識(shí)別地址識(shí)別5) 數(shù)據(jù)緩沖數(shù)據(jù)緩沖

20、6) 差錯(cuò)差錯(cuò)Network Optimization Expert Team2. 設(shè)備控制器的組成設(shè)備控制器的組成 1) 控制器與處理機(jī)的接口控制器與處理機(jī)的接口2) 控制器與設(shè)備的接口控制器與設(shè)備的接口 3) I/O邏輯邏輯 由三部分組成：由三部分組成： Network Optimization Expert Team 設(shè)備控制器的組成設(shè)備控制器的組成 數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器控制控制/ /狀態(tài)狀態(tài)寄存器寄存器數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線I/OI/O 邏輯邏輯控制器控制器與設(shè)備與設(shè)備接口接口1 1控制器控制器與設(shè)備與設(shè)備接口接口i i數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)狀態(tài)狀態(tài)控制控制數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)狀態(tài)狀態(tài)控制控制地址線地址線控制線控制線CP

21、UCPU與控制器接口與控制器接口控制器與設(shè)備接口控制器與設(shè)備接口C CP PU U設(shè)設(shè)備備N(xiāo)etwork Optimization Expert Team5.1.3 I/O5.1.3 I/O通道通道 1. I/O通道通道(I/O Channel)設(shè)備的引入設(shè)備的引入 定義：定義：通道是獨(dú)立于通道是獨(dú)立于CPU的專門(mén)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的專門(mén)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)I/O傳輸傳輸工作的特殊的處理機(jī)，對(duì)外部設(shè)備實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，工作的特殊的處理機(jī)，對(duì)外部設(shè)備實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，代替代替CPU對(duì)對(duì)I/O操作進(jìn)行控制，從而使操作進(jìn)行控制，從而使I、O操作可與操作可與CPU并行操作。并行操作。 引入通道的目的：引入通道的目的：為了使為了使C

22、PU從從I/O事務(wù)中解脫出事務(wù)中解脫出來(lái)，同時(shí)為了提高來(lái)，同時(shí)為了提高CPU與設(shè)備、設(shè)備與設(shè)備之間的與設(shè)備、設(shè)備與設(shè)備之間的并行工作能力。并行工作能力。 通過(guò)執(zhí)行通道程序來(lái)控制通過(guò)執(zhí)行通道程序來(lái)控制I/O操作。操作。 指令類(lèi)型單一，只能執(zhí)行與指令類(lèi)型單一，只能執(zhí)行與I/O操作有關(guān)的命令。操作有關(guān)的命令。通道沒(méi)有自己的內(nèi)存，與通道沒(méi)有自己的內(nèi)存，與CPU共享內(nèi)存。共享內(nèi)存。Network Optimization Expert Team不同類(lèi)型不同類(lèi)型I/OI/O子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 具有控制器的具有控制器的I/OI/O系系統(tǒng)統(tǒng)Network Optimization Expert Te

23、am2. 通道類(lèi)型通道類(lèi)型 1) 字節(jié)多路通道字節(jié)多路通道(Byte Multiplexor Channel) 字節(jié)多路通道以字節(jié)為單位傳輸信息，它可以分時(shí)字節(jié)多路通道以字節(jié)為單位傳輸信息，它可以分時(shí)地共享主通道。地共享主通道。 以字節(jié)為單位交叉?zhèn)鬏?，?dāng)一臺(tái)傳送一個(gè)字節(jié)后，以字節(jié)為單位交叉?zhèn)鬏敚?dāng)一臺(tái)傳送一個(gè)字節(jié)后，立即轉(zhuǎn)去為另一臺(tái)傳送字節(jié)。立即轉(zhuǎn)去為另一臺(tái)傳送字節(jié)。 主要連接以字節(jié)為單位的低速主要連接以字節(jié)為單位的低速I(mǎi)/OI/O設(shè)備。如打印機(jī)、設(shè)備。如打印機(jī)、終端。終端。Network Optimization Expert Team 字節(jié)多路通道的工作原理字節(jié)多路通道的工作原理 控制器控

24、制器A A控制器控制器B B控制器控制器C C控制器控制器D D控制器控制器N NA A1 1A A2 2A A3 3子通道子通道A AB B1 1B B2 2B B3 3子通道子通道B BC C1 1C C2 2C C3 3子通道子通道C CN N1 1N N2 2N N3 3子通道子通道N NA A1 1B B1 1C C1 1A A2 2B B2 2C C2 2設(shè)備設(shè)備N(xiāo)etwork Optimization Expert Team2) 數(shù)組選擇通道數(shù)組選擇通道(Block Selector Channel) 字節(jié)多路通道不適于連接高速設(shè)備，這推動(dòng)了按數(shù)字節(jié)多路通道不適于連接高速設(shè)備，這

25、推動(dòng)了按數(shù)組方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的數(shù)組選擇通道的形成。組方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的數(shù)組選擇通道的形成。 選擇通道是以成組方式工作的，即每次傳送一批數(shù)選擇通道是以成組方式工作的，即每次傳送一批數(shù)據(jù)，故據(jù)，故傳送速度很高傳送速度很高。 這種通道雖然可以連接多臺(tái)高速設(shè)備，但由于它只這種通道雖然可以連接多臺(tái)高速設(shè)備，但由于它只含有一個(gè)分配型子通道，在一段時(shí)間內(nèi)只能執(zhí)行一道含有一個(gè)分配型子通道，在一段時(shí)間內(nèi)只能執(zhí)行一道通道程序，控制一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，致使當(dāng)某臺(tái)通道程序，控制一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，致使當(dāng)某臺(tái)設(shè)備占用了該通道后，便一直由它獨(dú)占，即使是它無(wú)設(shè)備占用了該通道后，便一直由它獨(dú)占，即使是它無(wú)數(shù)據(jù)傳送，通道被

26、閑置，也不允許其它設(shè)備使用該通數(shù)據(jù)傳送，通道被閑置，也不允許其它設(shè)備使用該通道，直至該設(shè)備傳送完畢釋放該通道?？梢?jiàn)，這種通道，直至該設(shè)備傳送完畢釋放該通道?？梢?jiàn)，這種通道的道的利用率很低利用率很低。 Network Optimization Expert Team3) 3) 數(shù)組多路通道數(shù)組多路通道(Block Multiplexor Channel)(Block Multiplexor Channel) 數(shù)組選擇通道雖有很高的傳輸速率，但它卻每次數(shù)組選擇通道雖有很高的傳輸速率，但它卻每次只允許一個(gè)設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)。只允許一個(gè)設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)。 數(shù)組多路通道是將數(shù)組選擇通道傳輸速率高和字?jǐn)?shù)組多路通道是

27、將數(shù)組選擇通道傳輸速率高和字節(jié)多路通道能使各子通道節(jié)多路通道能使各子通道( (設(shè)備設(shè)備) )分時(shí)并行操作的優(yōu)分時(shí)并行操作的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合而形成的一種新通道。點(diǎn)相結(jié)合而形成的一種新通道。 它含有多個(gè)非分配型子通道，因而這種通道既具它含有多個(gè)非分配型子通道，因而這種通道既具有有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率很高的數(shù)據(jù)傳輸速率，又能獲得，又能獲得令人滿意的通道令人滿意的通道利用率利用率。 廣泛地用于連接多臺(tái)高、中速的外圍設(shè)備，其數(shù)廣泛地用于連接多臺(tái)高、中速的外圍設(shè)備，其數(shù)據(jù)傳送是按數(shù)組方式進(jìn)行的。據(jù)傳送是按數(shù)組方式進(jìn)行的。Network Optimization Expert Team3. “瓶頸瓶頸”問(wèn)題問(wèn)題 單

28、通路單通路I/O系統(tǒng)系統(tǒng) 設(shè)備設(shè)備1設(shè)備設(shè)備2設(shè)備設(shè)備3設(shè)備設(shè)備4設(shè)備設(shè)備5設(shè)備設(shè)備6設(shè)備設(shè)備7控制器控制器1控制器控制器2控制器控制器3控制器控制器4通道通道1通道通道2存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器通道數(shù)量少，造成整個(gè)系統(tǒng)吞吐量下降。例如：通道數(shù)量少，造成整個(gè)系統(tǒng)吞吐量下降。例如：Network Optimization Expert Team 多通路多通路I/O系統(tǒng)系統(tǒng) I/O設(shè)備設(shè)備控制器控制器1控制器控制器2通道通道1通道通道2存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器I/O設(shè)備設(shè)備I/O設(shè)備設(shè)備I/O設(shè)備設(shè)備解決問(wèn)題的方法：解決問(wèn)題的方法：增加設(shè)備到主機(jī)的通路而不增加通增加設(shè)備到主機(jī)的通路而不增加通道。即把一個(gè)設(shè)備連接到多個(gè)控制

29、器上，一個(gè)控制器道。即把一個(gè)設(shè)備連接到多個(gè)控制器上，一個(gè)控制器連接到多個(gè)通道上。連接到多個(gè)通道上。Network Optimization Expert Team5.1.4 5.1.4 總線系統(tǒng)總線系統(tǒng) 總線型總線型I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) CPUCPU存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器磁盤(pán)磁盤(pán)控制器控制器打印機(jī)打印機(jī)控制器控制器其它其它控制器控制器磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器打印機(jī)打印機(jī)系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各部件之間的聯(lián)系都是通過(guò)總線來(lái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中各部件之間的聯(lián)系都是通過(guò)總線來(lái)實(shí)現(xiàn)的。實(shí)現(xiàn)的。Network Optimization Expert Team1. ISA和和EISA總線總線1) ISA(Indust

30、ry Standard Architecture)總線總線 1984年推出，年推出，80286型微機(jī)使用的總線結(jié)構(gòu)?？傂臀C(jī)使用的總線結(jié)構(gòu)?？偩€的帶寬為線的帶寬為8位，最高傳輸速率為位，最高傳輸速率為2Mb/s。之后不久。之后不久又推出了又推出了16位的位的(EISA)總線，其最高傳輸速率為總線，其最高傳輸速率為8Mb/s，后又升至，后又升至16Mb/s，能連接，能連接12臺(tái)設(shè)備。臺(tái)設(shè)備。2) EISA(Extended ISA)總線總線 80年代末期，開(kāi)發(fā)出擴(kuò)展年代末期，開(kāi)發(fā)出擴(kuò)展ISA(EISA)總線，帶寬總線，帶寬為為32位，總線的傳輸速率高達(dá)位，總線的傳輸速率高達(dá)32Mb/s，同樣可以

31、連，同樣可以連接接12臺(tái)外部設(shè)備。臺(tái)外部設(shè)備。 Network Optimization Expert Team2. 局部總線局部總線(Local Bus) 1) VESA(Video Electronic Standard Association)總線總線 帶寬為帶寬為32位，最高傳輸速率為位，最高傳輸速率為132Mb/s。90年代推年代推出。只能連接出。只能連接2-4臺(tái)設(shè)備，且控制器中無(wú)緩沖。不臺(tái)設(shè)備，且控制器中無(wú)緩沖。不支持支持Pentium微機(jī)。微機(jī)。2) PCI(Peripheral Component Interface)總線總線 在在CPU和外設(shè)間插入一復(fù)雜的管理層，用于協(xié)調(diào)和外

32、設(shè)間插入一復(fù)雜的管理層，用于協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)傳輸和提供一致的接口。在管理層中配有數(shù)數(shù)據(jù)傳輸和提供一致的接口。在管理層中配有數(shù)據(jù)緩沖，最多支持據(jù)緩沖，最多支持10種外設(shè)，并使高時(shí)鐘頻率的種外設(shè)，并使高時(shí)鐘頻率的CPU能很好運(yùn)行?？蛇B接能很好運(yùn)行?？蛇B接ISA和和EISA等傳統(tǒng)總線，等傳統(tǒng)總線，數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線32位，且可擴(kuò)展為位，且可擴(kuò)展為64位。位。Network Optimization Expert Team5.2 I/O5.2 I/O控制方式控制方式 程序程序I/OI/O方式方式 中斷驅(qū)動(dòng)中斷驅(qū)動(dòng)I/OI/O控制方式控制方式 DMA I/ODMA I/O控制方式控制方式 I/OI/O通道控制方式

33、通道控制方式Network Optimization Expert Team5.2.1 5.2.1 程序程序I/OI/O方式方式 在這種方式下，在這種方式下，CPUCPU中中無(wú)中斷機(jī)構(gòu)無(wú)中斷機(jī)構(gòu)。輸入輸出指令。輸入輸出指令或詢問(wèn)指令測(cè)試一臺(tái)設(shè)備的忙閑標(biāo)志位，決定主存或詢問(wèn)指令測(cè)試一臺(tái)設(shè)備的忙閑標(biāo)志位，決定主存儲(chǔ)器和外圍設(shè)備是否交換一個(gè)字符或一個(gè)字。儲(chǔ)器和外圍設(shè)備是否交換一個(gè)字符或一個(gè)字。 一旦一旦CPUCPU啟動(dòng)啟動(dòng)I/OI/O設(shè)備，便不斷查詢?cè)O(shè)備，便不斷查詢I/OI/O設(shè)備的準(zhǔn)備設(shè)備的準(zhǔn)備情況，終止原程序的執(zhí)行，浪費(fèi)情況，終止原程序的執(zhí)行，浪費(fèi)CPUCPU時(shí)間。時(shí)間。 I/OI/O準(zhǔn)備就緒后

34、，準(zhǔn)備就緒后，CPUCPU參與數(shù)據(jù)傳送工作，而不能參與數(shù)據(jù)傳送工作，而不能執(zhí)行原程序。執(zhí)行原程序。 CPUCPU和和I/OI/O設(shè)備串行工作，使主機(jī)不能充分發(fā)揮效設(shè)備串行工作，使主機(jī)不能充分發(fā)揮效率，外圍設(shè)備也不能得到合理使用，整個(gè)系統(tǒng)效率率，外圍設(shè)備也不能得到合理使用，整個(gè)系統(tǒng)效率很低。很低。Network Optimization Expert Team向向I/O 控制器控制器發(fā)讀命令發(fā)讀命令讀讀I/O 控制器控制器的狀態(tài)的狀態(tài)檢查檢查狀態(tài)？狀態(tài)？從從I/O 控制器控制器中讀入字中讀入字向存儲(chǔ)器向存儲(chǔ)器中寫(xiě)字中寫(xiě)字傳送傳送完成？完成？未未就就緒緒就緒就緒出錯(cuò)出錯(cuò)CPUI/OI/OCPUI/

35、OCPUCPU內(nèi)存內(nèi)存下條指令下條指令完成完成未完未完向向I/O 控制器控制器發(fā)讀命令發(fā)讀命令讀讀I/O 控制器控制器的狀態(tài)的狀態(tài)檢查檢查狀態(tài)？狀態(tài)？從從I/O 控制控制器中讀字器中讀字向內(nèi)存向內(nèi)存中寫(xiě)字中寫(xiě)字傳送傳送完成？完成？就緒就緒出錯(cuò)出錯(cuò)CPUI/OI/OCPUI/OCPUCPU內(nèi)存內(nèi)存下條指令下條指令完成完成未完未完中斷中斷CPU做其它事做其它事向向I/O 控制器控制器發(fā)布讀塊命令發(fā)布讀塊命令CPUDMACPU 做其它事做其它事讀讀DMA控制控制器的狀態(tài)器的狀態(tài)中斷中斷DMACPU下條指令下條指令(a) 程序程序I/O 方式方式(b) 中斷驅(qū)動(dòng)方式中斷驅(qū)動(dòng)方式(c) DMA方式方式程

36、序程序I/O和中斷驅(qū)動(dòng)方式的流程和中斷驅(qū)動(dòng)方式的流程N(yùn)etwork Optimization Expert Team5.2.2 5.2.2 中斷驅(qū)動(dòng)中斷驅(qū)動(dòng)I/OI/O控制方式控制方式 CPUCPU啟動(dòng)啟動(dòng)I/OI/O設(shè)備后，不必查詢?cè)O(shè)備后，不必查詢I/OI/O設(shè)備是否就緒，設(shè)備是否就緒，繼續(xù)執(zhí)行現(xiàn)行程序。繼續(xù)執(zhí)行現(xiàn)行程序。 設(shè)備控制器按照命令要求去控制指定的設(shè)備控制器按照命令要求去控制指定的I/OI/O設(shè)備，設(shè)備，當(dāng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后，即進(jìn)入數(shù)據(jù)寄存器后，控制器通當(dāng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后，即進(jìn)入數(shù)據(jù)寄存器后，控制器通過(guò)控制線向過(guò)控制線向CPUCPU發(fā)送中斷信號(hào)。發(fā)送中斷信號(hào)。 I/OI/O操作直接由操作直接

37、由CPUCPU控制，每傳送一個(gè)字符或字，控制，每傳送一個(gè)字符或字，要發(fā)生一次中斷，仍然消耗大量要發(fā)生一次中斷，仍然消耗大量CPUCPU時(shí)間。時(shí)間。 不必忙式查詢不必忙式查詢I/OI/O準(zhǔn)備情況，準(zhǔn)備情況，CPUCPU和和I/OI/O設(shè)備可實(shí)現(xiàn)設(shè)備可實(shí)現(xiàn)部分并行，與程序查詢的串行工作方式相比，使部分并行，與程序查詢的串行工作方式相比，使CPUCPU資源得到較充分利用。資源得到較充分利用。Network Optimization Expert Team5.2.3 5.2.3 直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)DMA I/ODMA I/O控制方式控制方式 如果如果I/OI/O設(shè)備能直接與主存交換數(shù)據(jù)而不占

38、用設(shè)備能直接與主存交換數(shù)據(jù)而不占用CPUCPU，CPUCPU的利用率還可提高，這就出現(xiàn)了的利用率還可提高，這就出現(xiàn)了直接存儲(chǔ)直接存儲(chǔ)器存取器存取DMADMA方式。方式。1. 1. 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締挝皇菙?shù)據(jù)塊，即在數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締挝皇菙?shù)據(jù)塊，即在CPUCPU與與I/OI/O設(shè)設(shè)備之間，每次傳送至少一個(gè)數(shù)據(jù)塊；備之間，每次傳送至少一個(gè)數(shù)據(jù)塊； 所傳送的數(shù)據(jù)是從設(shè)備直接送入內(nèi)存的，或者相所傳送的數(shù)據(jù)是從設(shè)備直接送入內(nèi)存的，或者相反；反； 僅在傳送一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)塊的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)，才僅在傳送一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)塊的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)，才需需CPUCPU干預(yù)，整塊數(shù)據(jù)的傳送是在控制器的控制下完干預(yù)，整塊

39、數(shù)據(jù)的傳送是在控制器的控制下完成的。成的。Network Optimization Expert Team2. DMA控制器的組成控制器的組成 DMA控制器的組成控制器的組成 DRDRMARMARDCDCCRCRI/OI/O控控制制邏邏輯輯主機(jī)主機(jī)控制器接口控制器接口控制器與塊設(shè)備接口控制器與塊設(shè)備接口countcount內(nèi)存內(nèi)存CPUCPU命令命令系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線DMADMA控制器控制器Network Optimization Expert Team在在DMA控制器中設(shè)置四類(lèi)寄存器：控制器中設(shè)置四類(lèi)寄存器：(1) 命令命令/狀態(tài)寄存器狀態(tài)寄存器CR：用于接收從用于接收從CPU發(fā)來(lái)的發(fā)來(lái)的I/

40、O命令或有關(guān)控制信息，命令或有關(guān)控制信息， 或設(shè)備的狀態(tài)?；蛟O(shè)備的狀態(tài)。(2) 內(nèi)存地址寄存器內(nèi)存地址寄存器MAR：在輸入時(shí)，它存放把數(shù)在輸入時(shí)，它存放把數(shù)據(jù)從設(shè)備傳送到內(nèi)存的起始目標(biāo)地址；在輸出時(shí)，據(jù)從設(shè)備傳送到內(nèi)存的起始目標(biāo)地址；在輸出時(shí)，它存放由內(nèi)存到設(shè)備的內(nèi)存源地址。它存放由內(nèi)存到設(shè)備的內(nèi)存源地址。(3) 數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器DR：用于暫存從設(shè)備到內(nèi)存，或從用于暫存從設(shè)備到內(nèi)存，或從內(nèi)存到設(shè)備的數(shù)據(jù)。內(nèi)存到設(shè)備的數(shù)據(jù)。(4) 數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器DC： 存放本次存放本次CPU要讀或?qū)懙淖忠x或?qū)懙淖?節(jié)節(jié))數(shù)。數(shù)。 Network Optimization Expert Team3.

41、DMA工作過(guò)程工作過(guò)程 DMA方式的工作流程方式的工作流程 設(shè)置設(shè)置MARMAR和和DCDC初值初值啟動(dòng)啟動(dòng)DMADMA傳送命令傳送命令挪用存儲(chǔ)器周期傳送挪用存儲(chǔ)器周期傳送數(shù)據(jù)字?jǐn)?shù)據(jù)字存儲(chǔ)器地址增存儲(chǔ)器地址增1 1字計(jì)數(shù)寄存器減字計(jì)數(shù)寄存器減1 1DCDC0?0?請(qǐng)求中斷請(qǐng)求中斷在繼續(xù)執(zhí)行用戶在繼續(xù)執(zhí)行用戶程序的同時(shí)程序的同時(shí), ,準(zhǔn)準(zhǔn)備又一次傳送備又一次傳送否否是是例：例：CPUCPU從磁盤(pán)從磁盤(pán) 讀取數(shù)據(jù)讀取數(shù)據(jù)CPUCPU轉(zhuǎn)去執(zhí)行其他任務(wù)轉(zhuǎn)去執(zhí)行其他任務(wù)Network Optimization Expert Team5.2.4 I/O5.2.4 I/O通道控制方式通道控制方式 1. I/

42、O通道控制方式的引入通道控制方式的引入 I/OI/O通道方式是通道方式是DMADMA方式的發(fā)展，它可進(jìn)一步減少方式的發(fā)展，它可進(jìn)一步減少CPUCPU的干預(yù)，即把對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)塊的讀的干預(yù)，即把對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)塊的讀( (或?qū)懟驅(qū)? )為單位為單位的干預(yù)，減少為對(duì)一組數(shù)據(jù)塊的讀的干預(yù)，減少為對(duì)一組數(shù)據(jù)塊的讀( (或?qū)懟驅(qū)? )及有關(guān)的及有關(guān)的控制和管理為單位的干預(yù)?？刂坪凸芾頌閱挝坏母深A(yù)。 可實(shí)現(xiàn)可實(shí)現(xiàn)CPUCPU、通道和、通道和I/OI/O設(shè)備三者的并行操作，從設(shè)備三者的并行操作，從而更有效地提高整個(gè)系統(tǒng)的資源利用率。而更有效地提高整個(gè)系統(tǒng)的資源利用率。Network Optimization Expe

43、rt Team2. 通道程序通道程序 (1) (1) 操作碼操作碼讀、寫(xiě)、控制等操作讀、寫(xiě)、控制等操作 (2)(2) 內(nèi)存地址內(nèi)存地址操作的內(nèi)存首址操作的內(nèi)存首址 (3)(3) 計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)操作的字節(jié)數(shù)操作的字節(jié)數(shù)(4)(4) 通道程序結(jié)束位通道程序結(jié)束位P PP=1,P=1,通道結(jié)束通道結(jié)束(5)(5) 記錄結(jié)束標(biāo)志記錄結(jié)束標(biāo)志R RR=1,R=1,記錄結(jié)束記錄結(jié)束 通道是通過(guò)執(zhí)行通道程序，并于設(shè)備控制器共通道是通過(guò)執(zhí)行通道程序，并于設(shè)備控制器共同實(shí)現(xiàn)對(duì)同實(shí)現(xiàn)對(duì)I/OI/O設(shè)備的控制。通道程序由一系列的通道設(shè)備的控制。通道程序由一系列的通道指令所構(gòu)成。每條通道指令應(yīng)包含以下的內(nèi)容：指令所構(gòu)成。每

44、條通道指令應(yīng)包含以下的內(nèi)容：Network Optimization Expert Team操作操作 PR計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)內(nèi)存地址內(nèi)存地址WRITE 0080813WRITE001401034WRITE01605830WRITE013002000WRITE002501850WRITE11250720例：例：下面給出一個(gè)由六條通道指令所構(gòu)成的簡(jiǎn)單的通下面給出一個(gè)由六條通道指令所構(gòu)成的簡(jiǎn)單的通道程序。該程序是將內(nèi)存中不同地址的數(shù)據(jù)寫(xiě)成多個(gè)道程序。該程序是將內(nèi)存中不同地址的數(shù)據(jù)寫(xiě)成多個(gè)記錄。記錄。Network Optimization Expert Team5.3 5.3 緩緩 沖沖 管管 理理 5.3.

45、1 5.3.1 緩沖的引入緩沖的引入 (1)(1) 緩和緩和CPUCPU與與I/OI/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾。凡設(shè)備間速度不匹配的矛盾。凡是數(shù)據(jù)到達(dá)和離去速度不匹配的地方均可采用緩是數(shù)據(jù)到達(dá)和離去速度不匹配的地方均可采用緩沖技術(shù)。沖技術(shù)。 (2)(2) 減少對(duì)減少對(duì)CPUCPU的中斷頻率，放寬對(duì)的中斷頻率，放寬對(duì)CPUCPU中斷響應(yīng)中斷響應(yīng)時(shí)間的限制。時(shí)間的限制。 (3)(3) 提高提高CPUCPU和和I/OI/O設(shè)備之間的并行性。設(shè)備之間的并行性。 Network Optimization Expert Team5.3.2 5.3.2 單緩沖和雙緩沖單緩沖和雙緩沖 1. 單緩沖單緩沖(Si

46、ngle Buffer) 單緩沖是操作系統(tǒng)提供的最簡(jiǎn)單的一種緩沖形式。單緩沖是操作系統(tǒng)提供的最簡(jiǎn)單的一種緩沖形式。每當(dāng)一個(gè)進(jìn)程發(fā)出一個(gè)每當(dāng)一個(gè)進(jìn)程發(fā)出一個(gè)I/OI/O請(qǐng)求時(shí)，操作系統(tǒng)便在主請(qǐng)求時(shí)，操作系統(tǒng)便在主存中為之分配一緩沖區(qū)，該緩沖區(qū)用來(lái)臨時(shí)存放輸入存中為之分配一緩沖區(qū)，該緩沖區(qū)用來(lái)臨時(shí)存放輸入/ /輸出數(shù)據(jù)。輸出數(shù)據(jù)。 外部外部設(shè)備設(shè)備緩緩沖沖區(qū)區(qū)OSOS用用戶進(jìn)戶進(jìn)程程N(yùn)etwork Optimization Expert Team對(duì)于塊設(shè)備：對(duì)于塊設(shè)備：OSOS為進(jìn)程分配一緩沖區(qū)，塊設(shè)備輸入為進(jìn)程分配一緩沖區(qū)，塊設(shè)備輸入時(shí)從磁盤(pán)把一塊數(shù)據(jù)輸入緩沖區(qū)的時(shí)間為時(shí)從磁盤(pán)把一塊數(shù)據(jù)輸入緩沖

47、區(qū)的時(shí)間為T(mén) T，OSOS將將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)傳送給用戶區(qū)的時(shí)間為緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)傳送給用戶區(qū)的時(shí)間為M M，計(jì)算時(shí)間，計(jì)算時(shí)間為為C C，則，則T T和和C C時(shí)可以并行的。數(shù)據(jù)處理時(shí)間約為時(shí)可以并行的。數(shù)據(jù)處理時(shí)間約為maxC,T+MmaxC,T+M。對(duì)于字符設(shè)備：對(duì)于字符設(shè)備：輸入時(shí)，緩沖區(qū)用于暫存用戶輸入輸入時(shí)，緩沖區(qū)用于暫存用戶輸入的一行數(shù)據(jù)，在輸入期間，進(jìn)程掛起等待輸入完畢；的一行數(shù)據(jù)，在輸入期間，進(jìn)程掛起等待輸入完畢；輸出時(shí)進(jìn)程將一行數(shù)據(jù)輸入到緩沖區(qū)，繼續(xù)執(zhí)行處輸出時(shí)進(jìn)程將一行數(shù)據(jù)輸入到緩沖區(qū)，繼續(xù)執(zhí)行處理。如果前面的數(shù)據(jù)尚未提取完畢，則進(jìn)程應(yīng)阻塞。理。如果前面的數(shù)據(jù)尚未提取完畢，則進(jìn)程

48、應(yīng)阻塞。Network Optimization Expert Team工作區(qū)工作區(qū)處理處理(C)緩沖區(qū)緩沖區(qū)傳送傳送(M)輸入輸入(T)I/O設(shè)備設(shè)備(a)T1M1C1T2M2C2T3M3C3T4t(b)用戶進(jìn)程用戶進(jìn)程單緩沖工作示意圖單緩沖工作示意圖 Network Optimization Expert Team 在兩種情況下，單緩沖區(qū)的使用不會(huì)改善用戶進(jìn)程在兩種情況下，單緩沖區(qū)的使用不會(huì)改善用戶進(jìn)程的性能：的性能： 如果用戶進(jìn)程在對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理時(shí)不如果用戶進(jìn)程在對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理時(shí)不釋放釋放I/OI/O緩沖區(qū)，那么用戶進(jìn)程的性能不會(huì)得到改緩沖區(qū)，那么用戶進(jìn)程的性能不會(huì)得到改

49、善。善。 如果如果T T遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于C C，即外部設(shè)備的，即外部設(shè)備的I/OI/O速度比用戶進(jìn)速度比用戶進(jìn)程的計(jì)算速度慢得多，那么，單程的計(jì)算速度慢得多，那么，單I/OI/O緩沖區(qū)不會(huì)顯緩沖區(qū)不會(huì)顯著改善用戶進(jìn)程的性能。著改善用戶進(jìn)程的性能。Network Optimization Expert Team2. 雙緩沖雙緩沖(Double Buffer) 增加一個(gè)緩沖區(qū)，兩個(gè)緩沖區(qū)可以交替使用。增加一個(gè)緩沖區(qū)，兩個(gè)緩沖區(qū)可以交替使用。 當(dāng)數(shù)據(jù)從緩沖區(qū)復(fù)制到用戶進(jìn)程空間時(shí)，輸入設(shè)當(dāng)數(shù)據(jù)從緩沖區(qū)復(fù)制到用戶進(jìn)程空間時(shí)，輸入設(shè)備不必等待，可立即開(kāi)始向另一個(gè)緩沖區(qū)輸入數(shù)據(jù)。備不必等待，可立即開(kāi)始向另一個(gè)緩

50、沖區(qū)輸入數(shù)據(jù)。因此，增加了一個(gè)緩沖區(qū)后，前述的數(shù)據(jù)處理時(shí)間因此，增加了一個(gè)緩沖區(qū)后，前述的數(shù)據(jù)處理時(shí)間可近似為：可近似為：MAX(TMAX(T，C)C)。Network Optimization Expert Team外部外部設(shè)備設(shè)備緩緩沖沖區(qū)區(qū)OSOS用用戶進(jìn)戶進(jìn)程程緩緩沖沖區(qū)區(qū)另外，若用戶進(jìn)程另外，若用戶進(jìn)程I/OI/O的數(shù)據(jù)超過(guò)一個(gè)緩沖區(qū)而不的數(shù)據(jù)超過(guò)一個(gè)緩沖區(qū)而不滿兩個(gè)緩沖區(qū)，雙緩沖使進(jìn)程不會(huì)在滿兩個(gè)緩沖區(qū)，雙緩沖使進(jìn)程不會(huì)在I/OI/O數(shù)據(jù)期間被數(shù)據(jù)期間被阻塞。阻塞。Network Optimization Expert Team工作區(qū)工作區(qū)用戶進(jìn)程用戶進(jìn)程緩沖區(qū)緩沖區(qū)1 1緩沖區(qū)緩

51、沖區(qū)2 2I/O I/O 設(shè)備設(shè)備T T1( ( 緩沖緩沖1)1)1 1C1M2C2M3C3T T2(緩沖緩沖2)2)T T3(緩沖緩沖3)3)M4C44(緩沖緩沖4)( (a a) )( (b b) ) 雙緩沖工作示意圖雙緩沖工作示意圖 MT TNetwork Optimization Expert Team雙機(jī)通信時(shí)緩沖區(qū)的設(shè)置雙機(jī)通信時(shí)緩沖區(qū)的設(shè)置 緩沖區(qū)緩沖區(qū)緩沖區(qū)緩沖區(qū)A機(jī)機(jī)B機(jī)機(jī)(a) 單緩沖單緩沖發(fā)送發(fā)送緩沖區(qū)緩沖區(qū)接收接收緩沖區(qū)緩沖區(qū)接收接收緩沖區(qū)緩沖區(qū)發(fā)送發(fā)送緩沖區(qū)緩沖區(qū)A機(jī)機(jī)B機(jī)機(jī)(b) 雙緩沖雙緩沖 在實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)機(jī)器通信時(shí)，緩沖區(qū)的設(shè)置：?jiǎn)尉彌_、在實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)機(jī)器通信時(shí)，緩沖區(qū)

52、的設(shè)置：?jiǎn)尉彌_、雙緩沖。雙緩沖。Network Optimization Expert Team5.3.3 5.3.3 循環(huán)緩沖循環(huán)緩沖 當(dāng)用戶進(jìn)程處理數(shù)據(jù)的速度較快、外部設(shè)備處當(dāng)用戶進(jìn)程處理數(shù)據(jù)的速度較快、外部設(shè)備處 理數(shù)據(jù)的速度較慢，或者用戶進(jìn)程輸入理數(shù)據(jù)的速度較慢，或者用戶進(jìn)程輸入/ /輸出的輸出的數(shù)據(jù)較多時(shí)，必須考慮增加緩沖區(qū)的數(shù)量以改善數(shù)據(jù)較多時(shí)，必須考慮增加緩沖區(qū)的數(shù)量以改善系統(tǒng)性能，這就是系統(tǒng)性能，這就是多緩沖區(qū)多緩沖區(qū)方式。方式。 多個(gè)多個(gè)I I0 0緩沖區(qū)常常被組織成一個(gè)環(huán)形隊(duì)列，緩沖區(qū)常常被組織成一個(gè)環(huán)形隊(duì)列，故稱為故稱為循環(huán)緩沖循環(huán)緩沖。 實(shí)質(zhì)上，雙緩沖可以看作是循環(huán)緩沖

53、的一個(gè)特實(shí)質(zhì)上，雙緩沖可以看作是循環(huán)緩沖的一個(gè)特 例。例。Network Optimization Expert Team1. 循環(huán)緩沖的組成循環(huán)緩沖的組成 多個(gè)緩沖區(qū)：每個(gè)緩沖區(qū)大小均相同。分三類(lèi)：多個(gè)緩沖區(qū)：每個(gè)緩沖區(qū)大小均相同。分三類(lèi)： 用于裝輸入數(shù)據(jù)的空緩沖區(qū)用于裝輸入數(shù)據(jù)的空緩沖區(qū)R R。 已經(jīng)裝滿數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)已經(jīng)裝滿數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)G G。 計(jì)算進(jìn)程正在使用的工作緩沖區(qū)計(jì)算進(jìn)程正在使用的工作緩沖區(qū)C C。多個(gè)指針：三個(gè)指針，分別是：多個(gè)指針：三個(gè)指針，分別是： 用于指示計(jì)算進(jìn)程下一個(gè)可用緩沖區(qū)用于指示計(jì)算進(jìn)程下一個(gè)可用緩沖區(qū)G G的指針的指針NextgNextg。 輸入進(jìn)程下次可以使用

54、的空緩沖區(qū)輸入進(jìn)程下次可以使用的空緩沖區(qū)R R的指針的指針NextiNexti。 指示計(jì)算進(jìn)程正在使用的緩沖區(qū)指示計(jì)算進(jìn)程正在使用的緩沖區(qū)C C的指針的指針CurrentCurrent。Network Optimization Expert Team循環(huán)緩沖循環(huán)緩沖 RGGGRG165423NextiNextgRGGGRC165423NextiNextgcurrentNetwork Optimization Expert Team2. 循環(huán)緩沖區(qū)的使用循環(huán)緩沖區(qū)的使用 (1) Getbuf過(guò)程：過(guò)程：計(jì)算進(jìn)程要使用緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)時(shí)調(diào)用；計(jì)算進(jìn)程要使用緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)時(shí)調(diào)用；輸入進(jìn)程要使用緩沖區(qū)來(lái)

55、裝入數(shù)據(jù)時(shí)調(diào)用。輸入進(jìn)程要使用緩沖區(qū)來(lái)裝入數(shù)據(jù)時(shí)調(diào)用。(2) Releasebuf過(guò)程：過(guò)程： 計(jì)算進(jìn)程把計(jì)算進(jìn)程把C緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)提取完畢時(shí)調(diào)用；緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)提取完畢時(shí)調(diào)用；當(dāng)輸入進(jìn)程把緩沖區(qū)裝滿時(shí)調(diào)用。當(dāng)輸入進(jìn)程把緩沖區(qū)裝滿時(shí)調(diào)用。Network Optimization Expert Team3. 進(jìn)程同步進(jìn)程同步 (1)Nexti指針追趕上指針追趕上Nextg指針。指針。(2) Nextg指針追趕上指針追趕上Nexti指針。指針。 Network Optimization Expert Team5.3.4 5.3.4 緩沖池緩沖池(Buffer Pool)(Buffer Pool)

56、上述三種緩沖區(qū)的組織形式僅適用于某種特定的上述三種緩沖區(qū)的組織形式僅適用于某種特定的I/0I/0進(jìn)程和計(jì)算進(jìn)程，屬于專用緩沖。進(jìn)程和計(jì)算進(jìn)程，屬于專用緩沖。 當(dāng)系統(tǒng)中的設(shè)備很多時(shí)，將會(huì)有許多這樣的循環(huán)當(dāng)系統(tǒng)中的設(shè)備很多時(shí)，將會(huì)有許多這樣的循環(huán)緩沖區(qū)，消耗大量的內(nèi)存空間，而且其利用率也不緩沖區(qū)，消耗大量的內(nèi)存空間，而且其利用率也不高。高。 為了提高緩沖區(qū)的利用率，可以采用為了提高緩沖區(qū)的利用率，可以采用公共緩沖池公共緩沖池技術(shù)，其中的緩沖區(qū)可為多個(gè)設(shè)備和進(jìn)程服務(wù)。技術(shù)，其中的緩沖區(qū)可為多個(gè)設(shè)備和進(jìn)程服務(wù)。 緩沖池由內(nèi)存中一組大小相等的緩沖區(qū)組成，緩緩沖池由內(nèi)存中一組大小相等的緩沖區(qū)組成，緩沖池屬

57、于系統(tǒng)資源，由系統(tǒng)進(jìn)行管理。沖池屬于系統(tǒng)資源，由系統(tǒng)進(jìn)行管理。 Network Optimization Expert Team1. 緩沖池的組成緩沖池的組成 n緩沖池中的緩沖區(qū)一般有以下三種類(lèi)型：緩沖池中的緩沖區(qū)一般有以下三種類(lèi)型：空空( (閑閑) )緩沖區(qū)；緩沖區(qū)；裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)；裝滿輸入數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)；裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)。裝滿輸出數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)。 n為了管理為了管理, ,將相同類(lèi)型的緩沖區(qū)鏈成隊(duì)列，形成三將相同類(lèi)型的緩沖區(qū)鏈成隊(duì)列，形成三個(gè)隊(duì)列：個(gè)隊(duì)列：空緩沖隊(duì)列空緩沖隊(duì)列emqemq；輸入隊(duì)列輸入隊(duì)列inqinq；輸出隊(duì)列輸出隊(duì)列outqoutq。 Network Optimiza

58、tion Expert TeamNetwork Optimization Expert Team 2. Getbuf過(guò)程和過(guò)程和Putbuf過(guò)程過(guò)程 void Getbuf ( type ) Wait ( RS ( type ) ); Wait ( MS ( type ) ); B ( number ) := Takebuf ( type ); Signal ( MS ( type ) );void Putbuf ( type, number ) Wait ( MS ( type ) ); Addbuf ( type, number ); Signal ( MS ( type ) ); Sig

59、nal ( RS ( type ) );Network Optimization Expert Team3. 緩沖區(qū)的工作方式緩沖區(qū)的工作方式緩沖區(qū)的工作方式緩沖區(qū)的工作方式 hinsoutsinhout收容輸入收容輸入提取輸出提取輸出用戶用戶程序程序提取輸入提取輸入收容輸出收容輸出緩沖池緩沖池（四種工作方式）（四種工作方式）Network Optimization Expert Team5.4 5.4 設(shè)設(shè) 備備 分分 配配 在多道程序環(huán)境下，系統(tǒng)中的設(shè)備供所有進(jìn)程在多道程序環(huán)境下，系統(tǒng)中的設(shè)備供所有進(jìn)程共享，為防止諸進(jìn)程對(duì)系統(tǒng)資源的無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)，特規(guī)共享，為防止諸進(jìn)程對(duì)系統(tǒng)資源的無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)，特規(guī)

60、定系統(tǒng)設(shè)備不允許用戶自行使用，必須由系統(tǒng)統(tǒng)一定系統(tǒng)設(shè)備不允許用戶自行使用，必須由系統(tǒng)統(tǒng)一分配。分配。Network Optimization Expert Team5.4.1 5.4.1 設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)備分配中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 1. 設(shè)備控制表設(shè)備控制表DCT 設(shè)備類(lèi)型設(shè)備類(lèi)型 type設(shè)備標(biāo)識(shí)符：設(shè)備標(biāo)識(shí)符：deviceid設(shè)備狀態(tài)：等待設(shè)備狀態(tài)：等待/ /不等待不等待 忙忙/ /閑閑指向控制器表的指針指向控制器表的指針重復(fù)執(zhí)行次數(shù)或時(shí)間重復(fù)執(zhí)行次數(shù)或時(shí)間設(shè)備隊(duì)列的隊(duì)首指針設(shè)備隊(duì)列的隊(duì)首指針DCT 1DCT 2DCT n設(shè)設(shè)備備控控制制表表集集合合設(shè)備控制表設(shè)備控制表 每個(gè)設(shè)備一張每個(gè)設(shè)備