设备管理概述

A1B1C1…A2B2C2
A1A2… B1B2…
控制器A 控制器B
设备 设备
➢ 主通道扫描子通道速率足够快，子通道上的设备速率 又不太高时，一般不丢失信息。
实际上I/O通道是一种特殊的处理机： 指令类型单一，只用于I/O操作； 通道没有内存，它与CPU共享内存
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②通道类型
根据其控制的外围设备的不同类型，信息 交换方式也可分为以下三种类型： 1) 字节多路通道 2) 数组选择通道 3) 数组多路通道
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字节多路通道 一个通道常通过多个子通道连接多个设备控制器 多个设备，通过非分配型子通道以字节为单位交 叉轮流使用主通道传输自己的数据。（图5-3）
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1）I/O设备的类型
I/O设备的类型繁多，从OS的观点，按其重要的 性能指标进行分类如下： ➢ 按传输速率分类：
➢ 低速、中速、高速（键盘、打印机、磁盘）
➢ 使用：存储设备、输入输出设备 ➢ 按信息交换的单位分类：
➢ 块设备：有结构、速率高、可寻址、DMA方式控制 ➢ 字符设备：无结构、速率低、不可寻址、中断方式
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数据 状态 控制
缓冲 转换器
数据
I/O设备
控制逻辑
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2）设备控制器
设备并不直接与CPU通信
计算机中的一个实体——“设备控制器” 负责控制一个或多个I/O设备，以实现I/O设 备和计算机之间的数据交换。
控制器是CPU与I/O设备之间的接口，作为 中间人接收从CPU发来的命令，并去控制 I/O设备工作，以使处理机脱离繁杂的设备 控制事务。
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③处理机与设备控制器间
实现CPU与设备控制器之间的通信。 共有三类信号线：
数据线：数据线通常与两类寄存器相连接， 第一类是数据寄存器；第二类是控制/状态 寄存器。
地址线 控制线
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* 微机I/O系统中的总线结构
如图所示，计算机系统中的各部件，如CPU、存 储器以及各种I/O设备之间的联系，都是通过总线 来实现的。
3.数据交换（数据寄存器）
4.地址识别（控制器识别设备地址、寄存 器地址。地址译码器）
5.数据缓冲（协调I/O与CPU的速度差距） 6.差错控制
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②组成
1. 设备控制器与处理机的接口 2. 设备控制器与设备的接口 3. I/O逻辑
数据线
数据
地址线 控制线
状态
设备控制器 控制
I/O逻辑
在CPU和设备控制器之间增设一个硬件机构：
“通道” 设置通道后
CPU只需向通道发送一条I/O指令即可不再干预 后续操作。
通道形成通道程序，执行I/O操作，完成后向 CPU发中断信号。
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主要目的：
建立更独立的I/O操作，解放CPU。 数据传送的独立 I/0操作的组织、管理及结束处理也尽量 独立。
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与CPU的接口 11个个或或nn个个
与设备的接口
数据线
数据寄存器
控制 / 状态 寄存器
控制器
数据
与设备
状态
接口1
控制
地址线 控制线
控制器
数据
I/O逻辑
与设备
状态
接口i
控制
控制器中的I/O逻辑 根据处理机发来的地址 信号，去选择一个设备 接口。
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一个接口连接一个设备。 每个接口中都有数据、控 制和状态三种类型的信号。
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1、 I/O系统的组成
包括：
需要用于输入、输出和存储信息的设备； 需要相应的设备控制器；
控制器与CPU连接的高速总线；
有的大中型计算机系统，配置I/O通道；
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控制器与CPU接口
控制器与设备接口
数据线
地址线
CPU
控制线
数据
状态
设备控制器 控制
I/O设备
总线
I/O系统组成
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I/O逻辑
通过一组控制线与处理机交互，处理机利 用该逻辑向控制器发送I/O命令。I/O逻辑对 收到的命令进行译码。
CPU要启动一个设备时，
将启动命令发送给控制器； 同时通过地址线把地址发送给控制器 控制器的I/O逻辑对收到的地址和命令进行译码，
再根据所译出的命令选择设备进行控制。
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控制
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➢ 按设备的共享属性分类：
➢ 独占：打印机
➢ 共享：一个时刻上仍然是只被一个进程占用。 可寻址、可随机访问的色后备。磁盘。
➢ 虚拟：使一台独占设备变换为若干台逻辑设备， 供给若干用户“同时使用”。
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I/O设备中的接口
与控制器的接口有三种类型的信号
数据信号线(进出数据转换、缓冲后传送) 控制信号线(读\写\移动磁头等控制) 状态信号线
局部总线（Local Bus）
1. VESA（Video Electronic Standard）总线 2. PCI（Peripheral Component Interface）总线
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3）I/O通道
①I/O通道设备的引入 设备控制器已大大减少CPU对I/O的干预 （如承担了选择设备，数据转换、缓冲等功能） 但当主机的外设很多时，CPU的负担仍然很重。
关于设备管理
管理对象：I/O设备（I/O系统组成）
基本任务：完成用户提出的I/O请求，
提高I/O速率以及改善I/O设备的利用率。
主要功能：缓冲区管理、设备分配、
设备处理、虚拟设备及设备独立性等。
与硬件紧密相关，本章主要对I/O设备 和设备控制器等硬件作扼要阐述。
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第5章 设备管理 I/O系统的组成 I/O控制方式 缓冲管理 设备分配 设备处理 磁盘设备管理
总线的性能用总线的“时钟频率”、“带宽”和 相应的总线“传输速率”等指标来衡量。
磁盘驱动器 打印机
CPU
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存储器
磁盘 控制器
打印机 控制器
其他 控制器
系统总线
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总线的发展过程
ISA和EISA总线
1. ISA（Industry Standard Architecture）总线 2. EISA（Extended ISA）总线
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常作成接口卡插入计算机 可编址，不同类
控制一个设备时只有一个地址，若连接 多个设备则含有多个设备地址
管理的复杂性因不同设备而异，分为字 符设备控制器、块设备控制器。
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①基本功能
1.接收和识别CPU命令（控制寄存器：存 放命令和参数）
2.标识和报告设备的状态（状态寄存器）