李元金 计算机与信息工程学院 E-mail: liyuanjin10@126.com 第 17 讲 设备管理(1) 李元金 计算机与信息工程学院 E-mail: liyuanjin10@126.com 1/
教学目标 了解计算机的I/O系统 理解常用的I/O控制方式 理解I/O设备的缓冲管理 教学内容 I/O系统 I/O控制方式 缓冲管理 2/
复习 页面置换算法 请求分段存储管理方式 3/
I/O系统的功能、模型和接口 应的设备控制器。 其最主要的任务是，完成用户提出的 I/O请求，提高I/O速率，以及提高设备的 利用率，并能为更高层的进程方便地使用 这些设备提供手段。 4/
I/O系统的功能、模型和接口 I/O系统的基本功能 隐藏物理设备细节 与设备无关性 提高处理机和I/O设备的利用率 对I/O设备进行控制 确保对设备的正确共享 错误处理 5/
I/O系统的功能、模型和接口 I/O系统的层次结构 用户层I/O软件 设备独立性软件 设备驱动程序 中断处理程序 6/
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I/O系统中各种模块之间的层次视图 I/O系统的上、下接口 I/O系统接口 软件/硬件接口 8/
I/O系统的分层 中断处理程序 设备驱动程序 设备独立性软件 9/
I/O系统接口 块设备接口 流设备接口 网络通信接口 10/
I/O设备和设备控制器 I/O设备 I/O设备的类型 按设备的使用特性分类 存储设备，也称为外存或后备存储器、辅助存储器。 输入/输出设备，具体可分为输入设备、输出设备和交互式设备。 11/
按传输速率分类 第一类是低速设备，这是指其传输速率仅为每秒钟几个字节至数百个字节的一类设备。属于低速设备的典型设备有键盘、 鼠标器、语音的输入和输出等设备。 第二类是中速设备，这是指其传输速率在每秒钟数千个字节至数万个字节的一类设备。典型的中速设备有行式打印机、激光打印机等。 第三类是高速设备， 这是指其传输速率在数百千个字节至数十兆字节的一类设备。 典型的高速设备有磁带机、 磁盘机、 光盘机等。 12/
设备与控制器之间的接口 图 6-3 设备与控制器间的接口 13/
设备控制器 是计算机中的一个实体，其主要职责是控制一个或多个I/O设备，以实现I/O设备和计算机之间的数据交换。 设备控制器的基本功能 接收和识别命令 数据交换 标识和报告设备的状态 地址识别 数据缓冲 差错控制 14/
设备控制器的组成 图 6-4 设备控制器的组成 15/
I/O系统 I/O通道 I/O通道(I/O Channel)设备的引入 实际上，I/O通道是一种特殊的处理机。它具有执行I/O指令的能力，并通过执行通道(I/O)程序来控制I/O操作。但I/O通道又与一般的处理机不同，主要表现在以下两个方面： 其指令类型单一。 通道没有自己的内存，通道所执行的通道程序是放在主机的内存中的， 换言之，是通道与CPU共享内存。 16/
I/O系统 通道类型 字节多路通道(Byte Multiplexor Channel) 图 5-3 字节多路通道的工作原理 17/
I/O系统 数组选择通道(Block Selector Channel) 字节多路通道不适于连接高速设备，这推动了按数组方式进行数据传送的数组选择通道的形成。这种通道虽然可以连接多台高速设备，但由于它只含有一个分配型子通道，在一段时间内只能执行一道通道程序， 控制一台设备进行数据传送， 致使当某台设备占用了该通道后，便一直由它独占， 即使是它无数据传送，通道被闲置， 也不允许其它设备使用该通道， 直至该设备传送完毕释放该通道。可见，这种通道的利用率很低。 18/
数组多路通道(Block Multiplexor Channel) 数组选择通道虽有很高的传输速率，但它却每次只允许一个设备传输数据。数组多路通道是将数组选择通道传输速率高和字节多路通道能使各子通道(设备)分时并行操作的优点相结合而形成的一种新通道。它含有多个非分配型子通道， 因而这种通道既具有很高的数据传输速率，又能获得令人满意的通道利用率。也正因此，才使该通道能被广泛地用于连接多台高、中速的外围设备，其数据传送是按数组方式进行的。 19/
“瓶颈”问题 图 6-7 单通路I/O系统 20/
图 6-8 多通路I/O系统 21/
中断机构和中断处理程序 中断简介 中断与陷入 中断 中断是指CPU对I/O设备发来的中断信号的一种 响应。 陷入 22/
中断向量表与中断优先级 中断向量表 为了处理上的方便，通常为每种设备配以相应的中断处理程序，并把该程序的入口地址放在中断向量表的一个表项中。 为每一次不同级别的中断设置不同的优先级。 23/
对中断源的处理方式 屏蔽（禁止）中断 嵌套中断 24/
中断处理程序 中断处理程序的处理过程 唤醒被阻塞的驱动（程序）进程 保护被中断进程的CPU环境 转入相应的设备处理程序 中断处理 恢复被中断进程的现 25/
作业 P220 1、2、4、7、9 26/