7、第八章设备与IO管理.ppt
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1、第八章 设备与I/O管理,设备管理是指操作系统对除了CPU和内存以外的所有输入/输出设备的管理,诸如设备控制器、通道、中断控制器等等,因此为了提高计算机系统的整体效率,除了需要对中央处理器CPU合理调度、对内存合理使用之外,对系统中的设备也要实施行之有效的管理,这样才能真正发挥计算机系统的整体效率。,8.1 设备的分类,按设备性质分类:存储设备、输入输出设备; 按设备所属关系分类:系统设备、用户设备; 按设备共享属性分类:独享设备、共享设备、虚拟设备; 按信息交换单位分类:块设备、字符设备。,设备管理的主要任务,强调设备独立性; 选择和控制设备与内存、中央处理器进行交换传输数据; 按照一定的算
2、法把设备分配给对该设备提出请求的进程,保证系统正常工作; 充分有效地使用设备,尽可能提高设备的并行操作程度,使操作系统获得最佳的效率。,设备管理的基本功能,1、设备分配 2、设备控制 3、缓冲管理,8.3 I/O传输方式,程序控制查询方式 由CPU负责在机器内存与设备控制器、数据寄存器之间进行数据传送。 中断驱动方式 为了减少设备驱动程序不断地询问控制器状态、寄存器的开销。当I/O操作结束后,由设备控制器主动通知设备驱动程序。 DMA方式 通道方式,8.3.1 程序控制查询方式,优点:工作过程简单,不需要更多的硬件支持。 缺点: 1、CPU和外设只能串行工作; 2、CPU在同一时间内只能和一台
3、外设交换数据,不能实现设备之间的并行工作; 3、程序控制查询方式只适合于那些CPU执行速度较慢,而且外设较少的系统。,8.3.2 中断驱动方式,为了减少CPU测试等待时间和CPU与外设的并行工作能力,引入了中断驱动方式。 1、需要数据的进程通过CPU发出START指令启动外设输入数据的指令。该指令同时置状态寄存器的中断允许位; 2、在进程发出指令启动设备之后,该进程放弃CPU,等待输入完成。这时,进程调度程序可以调度其他就绪进程占据CPU;,8.3.2 中断驱动方式,3、当输入工作完成时,I/O控制器通过中断请求线向CPU发出中断信号。CPU在接收到中断信号之后,转去执行设备中断处理程序。设备
4、中断处理程序输入数据寄存器中的数据传送到相应的位置上去。同时把等待输入完成的进程唤醒,再返回到被中断的进程继续执行; 4、在以后的某个时刻,进程调度程序选中提出请求输入的进程,该进程从指定的内存单元中取出数据做进一步处理。,优缺点,优点:与程序控制查询方式相比,中断驱动方式使CPU的利用率大幅度提高了。 缺点: 1、I/O控制寄存器的数据寄存器小,对大量数据传输中断次数较多,耗去CPU大量时间; 2、不适合于高速I/O设备。也就是说外设将数据送入数据寄存器发出中断请求后,CPU有足够的时间将数据取走,否则可能造成CPU来不及取走数据而造成数据的丢失。,8.3.3 DMA方式,DMA方式,又称存
5、储器直接存取方式。内存和外设之间开辟直接的数据交换通路,由DMA控制器完成数据交换。 DMA方式在传送开始需要CPU做一些初始化和传输结束做一些善后处理工作之外,在整个数据传输过程中,不需要CPU任何干预。 1、当进程要求设备输入数据时,CPU将准备存放输入数据的内存始址以及要传送的字节数分别送入DMA控制器中的内存地址寄存器和传送字节计数器,准备开始进行数据输入并允许中断;,8.3.3 DMA方式,2、发出数据要求的进程进入等待状态,进程调度程序调度其他进程占据CPU; 3、输入设备不断地挪用CPU工作周期,将数据寄存器中的数据源源不断地写入内存,直到所要求的字节全部传送完毕; 4、DMA控
6、制器在完成数据传送后,通过中断请求线发出中断信号,CPU收到中断信号后转到中断处理程序,唤醒等待输入完成的进程,并返回被中断程序; 5、中断处理程序结束后,CPU返回被中断的进程继续执行或运行从新被调度的进程。,DMA方式与中断驱动方式的区别,1、前者在全部数据传送结束时才中断CPU;后者每传送一个数据中断一次CPU。 2、中断驱动方式的数据传送在中断处理时由CPU控制完成;而DMA方式则是在DMA控制器的控制下完成。,8.3.4 通道方式,通道又称I/O处理机。它也是完成内存与外设之间的直接的数据交换。采用通道技术后,不仅能实现CPU与通道之间的并行操作,而且通道与通道之间、各通道上连接的外
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- 第八 设备 IO 管理
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