第五章設(shè)備管理.ppt課件

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

2、驅(qū)動。采用中斷驅(qū)動。塊設(shè)備塊設(shè)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(shè)備的特點(diǎn)是。塊設(shè)備的特點(diǎn)是速度高、隨機(jī)訪問、速度高、隨機(jī)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(shè)備和、按系統(tǒng)和用戶的觀念分類：系統(tǒng)設(shè)備和用戶設(shè)備。用戶設(shè)備。 系統(tǒng)設(shè)備是系統(tǒng)設(shè)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(shè)備，如鍵盤、磁盤。統(tǒng)中的規(guī)范設(shè)備，如鍵盤、磁盤。用戶設(shè)備是指操作系統(tǒng)生成后，用戶定義的用戶設(shè)備是指操作系統(tǒng)生成后，用戶定義的非規(guī)范設(shè)備，如繪圖儀，游戲手柄等，需求非規(guī)范設(shè)備，如繪圖儀，游戲手柄等，需求用戶安裝設(shè)備

3、驅(qū)動程序。用戶安裝設(shè)備驅(qū)動程序。4、按運(yùn)用角度的觀念分類：獨(dú)占設(shè)備、共、按運(yùn)用角度的觀念分類：獨(dú)占設(shè)備、共享設(shè)備享設(shè)備監(jiān)視系統(tǒng)中一切設(shè)備的形狀監(jiān)視系統(tǒng)中一切設(shè)備的形狀進(jìn)展設(shè)備分配進(jìn)展設(shè)備分配設(shè)備控制是設(shè)備管理的另一功能設(shè)備控制是設(shè)備管理的另一功能忙等待方式缺陷 CPU與外設(shè)只能串行任務(wù)。CPU在一段時間內(nèi)只能與一臺外設(shè)交換數(shù)據(jù)信息。無法發(fā)現(xiàn)和處置由于設(shè)備和其它硬件所產(chǎn)生的錯誤。發(fā)指令啟動外設(shè)設(shè)備的標(biāo)志位=1等待進(jìn)展數(shù)據(jù)傳送CPU是否接到啟動命令預(yù)備終了標(biāo)志位置1等待CPU的下條指令外設(shè)是否做數(shù)據(jù)傳送預(yù)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(shè)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(shè)備控制器的控制/形狀存放器中形狀存放器中的忙閑標(biāo)志。的忙閑標(biāo)志。 低優(yōu)先級高優(yōu)先級電源缺點(diǎn)時鐘中斷配置文件處置機(jī)內(nèi)部中斷設(shè)備 n設(shè)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(hù)表示圖 NN+1用戶程序中斷效力子程序處置機(jī)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(diǎn)中斷方式優(yōu)點(diǎn)CPU利用率高利用率高外設(shè)并行任務(wù)外設(shè)并行任務(wù)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(yīng)中斷，出及時呼應(yīng)中斷，出現(xiàn)數(shù)據(jù)喪失景象

5、?，F(xiàn)數(shù)據(jù)喪失景象。發(fā)指令啟動外設(shè)將中斷位置1收到中斷信號嗎？中斷處理被中斷進(jìn)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(shè)是否將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)寄存器（a）（b）進(jìn)程調(diào)度程序調(diào)度其它進(jìn)程其它進(jìn)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(shè)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(nèi)存與外設(shè)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(shè)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(yù)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(dāng)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(nèi)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(shè)備進(jìn)展控制，但當(dāng)外設(shè)很多時，CPU負(fù)擔(dān)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(dú)立的I/O操作，不僅使數(shù)據(jù)的傳送能獨(dú)立于CPU，而且有關(guān)I/O操作的組織、管理及終了也盡量獨(dú)立，以保證CPU有更多的時間去進(jìn)展數(shù)據(jù)處置。l通道是特殊的處置機(jī)l它指令單一。l沒有內(nèi)存。通道由一系列通道指令構(gòu)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(shè)。傳送速度快，銜接磁盤等高速外設(shè)。l以塊為傳送單位。以塊為傳送單位。l通道與多個外設(shè)相連，但一次只能執(zhí)行一個通道程序，通道與多個外設(shè)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(shè)備。用完釋放后才讓給其他設(shè)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(shè)。如磁帶機(jī)。銜接中速外設(shè)。如磁帶機(jī)。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(diǎn)。通道利用一臺設(shè)備讀寫定位點(diǎn)。通道利用一臺設(shè)備讀寫定位“的時間，再與另一外的時間，再與另一外設(shè)交換信息。設(shè)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(shè)。如打印機(jī)、終端、卡片機(jī)等。銜接大量低速外設(shè)。如打印機(jī)、終端、卡片機(jī)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(shè)交叉?zhèn)魉?，?dāng)一個外設(shè)交換一傳送時，通道與多個外設(shè)

9、交叉?zhèn)魉?，?dāng)一個外設(shè)交換一個字節(jié)后，立刻騰出，將通道讓給另一個設(shè)備運(yùn)用。個字節(jié)后，立刻騰出，將通道讓給另一個設(shè)備運(yùn)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(shè)備緩沖的引入緩沖的引入緩和緩和CPU與與I/O設(shè)備間速度不匹配的矛盾設(shè)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(shè)備之間的并行性設(shè)備之間的并行性協(xié)調(diào)傳輸數(shù)據(jù)大小不一致的設(shè)備協(xié)調(diào)傳輸數(shù)據(jù)大小不一致的設(shè)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(dāng)單緩沖是操作系統(tǒng)提供的一種最簡單的緩沖方式。每當(dāng)一個進(jìn)程發(fā)出一個懇求時，操作系統(tǒng)在主存中為該進(jìn)程一個進(jìn)程發(fā)出一個懇求時，操作系統(tǒng)在主存中為該進(jìn)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(shè)速度之間的矛盾，使和外

11、設(shè)速度之間的矛盾，使CPU和外設(shè)并行任務(wù)但它不能使外設(shè)之間經(jīng)過單緩沖區(qū)和外設(shè)并行任務(wù)但它不能使外設(shè)之間經(jīng)過單緩沖區(qū)到達(dá)并行。到達(dá)并行。用戶進(jìn)程輸出設(shè)備緩沖區(qū)操作系統(tǒng)a單緩沖用戶進(jìn)程輸出設(shè)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(jìn)展計算。以上的緩沖只能用于某一進(jìn)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(shí)現(xiàn)互斥和同步，系統(tǒng)設(shè)置兩個過程：GetBuf和PutBuf。 四種任務(wù)緩沖區(qū)：用于收容輸入數(shù)據(jù)的任務(wù)緩沖區(qū)hin用于提取輸入數(shù)據(jù)的任務(wù)緩沖區(qū)sin用于收容輸出數(shù)據(jù)的任務(wù)緩沖區(qū)hout用于提取輸出數(shù)據(jù)的任務(wù)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(jìn)程需求輸入數(shù)據(jù)時，調(diào)用GetBuf(emq) 從emq隊列摘下一空緩沖區(qū)，作為收容輸入任務(wù)緩沖區(qū)hin。把數(shù)據(jù)

13、輸入其中，之后調(diào)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(jìn)程需求輸入數(shù)據(jù)時，調(diào)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(wù)緩沖區(qū)sin，計算進(jìn)程提取數(shù)據(jù)后調(diào)用PutBuf(emq,sin)，將緩沖區(qū)掛在空緩沖隊列emq。 l收容輸出：當(dāng)計算進(jìn)程需求輸出數(shù)據(jù)時，調(diào)用GetBuf(emq)從emq中取下一空緩沖區(qū)作為收容輸出的任務(wù)緩沖區(qū)hout，當(dāng)裝滿數(shù)據(jù)后，調(diào)PutBuf(outq,hout)，將該緩沖區(qū)掛在輸出緩沖隊列outq l提取輸出：當(dāng)輸出進(jìn)程任務(wù)時，調(diào)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(wù)緩沖區(qū)sout，在數(shù)據(jù)取完后，再調(diào)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(shè)備固有屬性設(shè)備固有屬性l獨(dú)享設(shè)備獨(dú)享設(shè)備l共享設(shè)備共享設(shè)備l虛擬設(shè)備虛擬設(shè)備l設(shè)備分配算法設(shè)備分配算法要實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)方式下的外設(shè)同時操作，必需有一個要實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)方式下的外設(shè)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(jìn)程和輸出進(jìn)程輸入進(jìn)程和輸出進(jìn)程輸入緩沖區(qū)輸出緩沖區(qū)輸入進(jìn)程輸出進(jìn)程輸入井

15、輸出井外存輸入設(shè)備輸出設(shè)備打印機(jī)是經(jīng)常要用的輸出設(shè)備，屬于獨(dú)享設(shè)備。利用Spooling 技術(shù)，可將它改造為一臺供多用戶共享的設(shè)備，從而提高了設(shè)備的利用率。詳細(xì)過程：1用戶要求打印2輸出進(jìn)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(jìn)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(jī)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(nèi)存“輸出緩沖區(qū)，由打印機(jī)進(jìn)展打印。5反復(fù)4?；蛘咻敵霾僮鳎缭O(shè)備不支持這次或者輸出操作，如設(shè)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(shè)備的形狀。只需當(dāng)該設(shè)備檢查設(shè)備的形狀。只需當(dāng)該設(shè)備空閑時，才干啟動該設(shè)備控制器?？臻e時，才干啟動該設(shè)備控制器。n4傳送參數(shù)。傳送參數(shù)。n