设备管理(专升本.pptx
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1、计算机设备的分类基于设备的从属关系:系统设备(标准设备如键盘、显示器、磁盘驱动器)、用户设备(需要自己安装驱动程序)基于资源分配角度:独享设备、共享设备、虚拟设备。基于信息交换的单位:字符设备(键盘、打印机、显示器)、块设备(磁盘、磁带)。基于设备的工作特性:存储设备、输入输出设备。第1页/共67页设备管理的功能和任务设备控制器:CPU与I/O设备之间的接口,接收从CPU发来的命令,并控制I/O设备的工作,使处理机从繁忙的设备控制事务中解脱出来。实现CPU与控制器、控制器与设备之间的通信。设备的功能:1、提高设备的利用率。2、为用户提供便利统一的使用界面。第2页/共67页设备管理的功能提供一组
2、I/O命令:用户使用外部设备的界面。进行设备的分配和回收缓冲区的管理实现设备的I/O操作。第3页/共67页设备中断处理程序设备中断处理程序保护中断现场保护中断现场传送数据传送数据恢复现场恢复现场调用设备驱动程序调用设备驱动程序用户程序用户程序Read(input,buffer)Buffer(缓冲区缓冲区)输入输入/输出管理程序输出管理程序阻塞调用进程阻塞调用进程验证验证I/O请求请求调用设备驱动程序调用设备驱动程序校验设备状态校验设备状态激活调用进程激活调用进程设备驱动程序设备驱动程序初始化并启动初始化并启动I/O完成真正的完成真正的I/O返回输入返回输入/输出管理程序输出管理程序输入输入/输
3、出的处理步骤输出的处理步骤第4页/共67页设备的分配算法DCB:设备控制。Device control block,存放的是一台具体设备的有关信息。找到一个设备的DCB,就是得到了该设备的特性,各种参数、使用情况等。SDT:系统设备表。每一个可分配的外部设备都分配一个表项。其中有一指针指向该设备的DCB.IVT:中断向量表,计算机为每台设备赋予一个设备码,用设备码来查找中断向量表。第5页/共67页设备标识设备标识设备类型设备类型设备状态设备状态设备请求队列指针设备请求队列指针设备驱动程序首地址设备驱动程序首地址其他其他PCB1PCB2PCB3设备请求队列设备请求队列DCB设备分配设备分配第6页
4、/共67页 通过一个键盘输入请求来讨论设备分配的过程。第7页/共67页中断保护区首地址设备屏蔽码设备中断处理程序入口地址设备特性设备码设备驱动程序入口地址设备初始化程序入口地址设备请求队列指针内存起始地址计数器加工单加工单D1A1DnAn-1-1A10110Rds(设备名,内存地址,个数设备名,内存地址,个数)第8页/共67页设备的分配绝对号:计算机系统中配置各种不同的外部设备,每一类外部设备都可能有很多台,为了管理,系统对每台设备进行编号,以便相互识别。相对号:用户在申请设备的时候通常都不是指明设备的绝对号,而是知名需要那一类设备。至于分配那一台则根据当时设备的分配情况进行分配。用户通过设备
5、类(相对号)对设备提出申请。第9页/共67页设备设备类类拥有拥有设备设备台数台数现存现存台数台数设备设备表地表地址址输入输入机机42打印打印机机20绝对号绝对号状态状态使用情使用情况况占用作占用作业名业名相对号相对号001好好已分配已分配job1002002好好空闲空闲003好好空闲空闲004好好已分配已分配job2001绝对号绝对号状态状态使用情使用情况况占用作占用作业名业名相对号相对号005好好已分配已分配job1001006好好已分配已分配job3002设备类表设备类表设备表设备表第10页/共67页设备分配算法先来先服务优先级高者先服务第11页/共67页数据传输方式根据外部设备与主机并行
6、工作的程度:程序控制方式中断控制方式DMA通道控制方式第12页/共67页程序控制方式程序查询方式一字符为单位传输CPU的速度远远大于I/O的速度,使得CPU大部分时间都在等待I/O完成的循环测试中。无法支持多到程序的并发执行。第13页/共67页中断控制方式外部设备启动并准备好后再发出中断请求。一旦启动外围设备后转去服务其他程序。仅当有中断请求时才转向相应的中断处理程序处理中断请求。每次只传送一个数据保护现场、恢复现场第14页/共67页DMA外设直接与内存交换成批数据而不用的干涉。减轻的负担。特点DMA获得总线控制权后,直接与外围设备交换数据而不需要CPU的控制设备与存储区成批数据传输CPU被挂
7、起,CPU与外围设备不能并行工作CPU只做启动和结束处理,数据传输以及I/O工作都由DMA负责实行。第15页/共67页通道方式独立于的,专门用来输入输出操作的处理机。具有执行通道I/O的能力,并通过执行通道程序控制I/O操作,但通道指令(通道控制字)与一般的不同:指令类型单一,局限于与I/O相关的指令。没有自己的内存。第16页/共67页通道的类型字节夺路通道安子介交叉方式工作,有若干非分配型子通道,按时间片轮转方式共享主通道。数组选择通道只有一个分配类型子通道,虽然可以连接多台高速设备,但一段时间内,只能执行一条通道程序。数组多路通道含有多个分配型子通道,它们具有很高的传输速率。第17页/共6
8、7页通道当用户发出/O请求时,CPU直接把该请求转交给通道完成,通道在I/O任务结束后才发出中断信号,请求CPU进行结束处理。通道与主机连接,设备控制器与通道连接。一个设备控制器上连接多个设备一个通道上可以连接多个控制器。第18页/共67页通道技术在用户程序中使用访管指令进入管理程序,由CPU通过管理程序组织一个通道程序,并启动通道;通道处理机执行CPU为它组织的通道程序,完成指定的数据输入输出操作;通道程序结束后向CPU发送中断请求,响应后,第二次进入操作系统,调用管理程序对输入输出中断请求进行处理。第19页/共67页设备管理的若干技术I/O缓冲技术中断技术Spooling 技术通道技术第2
9、0页/共67页I/O缓冲技术引入原因:缓和CPU与外围设备速度不匹配的矛盾;减少CPU的中断频率,放宽对中断相应的时间限制;提高CPU与I/O设备之间的并行性。方法:采用专门的硬件寄存器(硬缓冲)、在内存中开辟连续的内存单元(软缓冲)。软缓冲:单缓冲、双缓冲、多缓冲、缓冲池第21页/共67页单缓冲区生产者缓冲区消费者第22页/共67页双缓冲区 生产者缓冲区1消费者缓冲区2第23页/共67页Spooling技术三部分:预输入程序缓输出程序井管理程序:井管理读:请求输入设备工作时,调用井管理读程序,把让输入设备工作的任务转成从输入井中读取所需要的信息。井管理写:操作系统调用井管理写程序,它把让输出
10、设备工作的任务,转环成为往输出井中输出。第24页/共67页磁盘调度磁盘的结构:存储信息的载体(盘片)磁盘驱动器(磁头、读写驱动放大电路、机械支撑机构和其他电器部分)磁道、扇区、盘面、柱面、读写磁头号、移动臂第25页/共67页 查找时间:在移动臂的带动下,把磁头移动到指定柱面所需要的时间。移臂调度等待时间:将指定的扇区旋转到磁头下所需要的时间;磁盘旋转时间传输时间:由磁头进行读写,完成信息传送所需要的时间。第26页/共67页磁盘的计算C:每个柱面的磁道数S:每个磁道的扇区数第i个柱面,j个磁头,k扇区所对应的磁盘块号b可用如下公式计算:b=k+(j+i*c)*s第27页/共67页习题假定一个磁盘
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