设备管理

设备管理

    (学生自行阅读)
    1.1 I/O系统的结构
    一、微型机I/O系统——总线I/O系统结构
    二、  主机I/O系统——通道I/O系统结构
    1.2 I/O设备
    一、I/O设备的类型
    1.按传输速率分
    低速设备——几个~数百个 B/S
    中速设备——数K~数十KB/S
    高速设备——数百K~数MB/S
    2.按信息交换的单位分类
    块设备——用于存储信息,信息的存取以数据块为单位。特征:传输速率较高;可寻址;采用DMA方式
    字符设备——用于数据的输入和输出,基本单位是字符。特征:传输速率较低;不可寻址;采用中断驱动方式。
    3.按设备的共享属性分类
    独占设备——一段时间内只允许一个用户(进程)访问的设备。
    共享设备——一段时间内允许多个进程同时访问的设备。
    虚拟设备——通过虚拟技术将一台独占设备变换为若干台逻辑设备。
    二、设备与控制器之间的接口
    数据信号;控制信号;状态信号
    1.3 设备控制器
    一、设备控制器的功能
    1.接收和识别命令
    2.数据交换
    3.设备状态的了解和报告
    二、设备控制器的组成
    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
    1.4 I/O通道
    一、通道设备的引入
    二、通道类型
    1.字节多路通道(Byte Multiplexor Channal)
    2.数组选择通道(Block Selector Channal)
    3.数组多路通道
    三、“瓶颈”问题
    二、 I/O控制方式
    (学生自行阅读,着重介绍通道方式)
    一、程序I/O方式
    二、中断驱动I/O控制方式
    三、  直接存储器访问DMA控制方式
    1.  DMA控制方式的引入
    2.  DMA控制器的组成
    命令/状态寄存器CR、内存地址寄存器MAR、数据寄存器DR、数据计数器DC
    3.  DMA工作过程
    四、I/O通道控制方式
    1.  I/O通道控制方式的引入
    2.  通道程序
    三、 缓冲管理
    1.缓冲的引入
    缓和CPU和I/O设备速度不匹配的矛盾;
    减少对CPU的中断频率,放宽对中断响应时间的限制;
    提高CPU和I/O设备之间的并行性。
    2.单缓冲
    3.双缓冲
    4.  循环缓冲
    ⑴组成——多个缓冲区、多个指针
    ⑵缓冲区的使用——Getbuf过程、Releasebuf过程
    ⑶进程同步——Nexti指针追上Nextg指针、Nextg指针追上Nexti指针
    5.  缓冲池
    ⑴缓冲池的组成——空缓冲队列emq、输入队列inq、输出队列outq
    ⑵Getbuf过程和Putbuf过程
    ⑶缓冲区的工作方式——收容输入工作方式、提取输出工作方式、收容输出工作方式、提取输出工作方式
    四、设备分配
    1.设备分配中的数据结构
    逻辑设备表(LUT)→系统设备表(SDT)→设备控制表(DCT)→控制器控制表(COCT)→通道控制表(CHCT)
    2.设备分配时应考虑的若干因素
    ⑴考虑设备的固有属性
    独享设备、共享设备、虚拟设备
    ⑵设备分配算法:
    先来先服务、优先级高者优先
    ⑶设备分配的安全性
    安全分配方式
    不安全分配方式
    3.设备独立性
    ⑴设备独立性
    设备独立性概念:应用程序独立于具体使用的物理设备
    设备独立性优点:设备分配时的灵活性;易于实现I/O重定向
    ⑵设备独立性软件
    完成功能:执行所有设备的公有操作;向用户层(或文件层)软件提供统一的接口
    ⑶逻辑设备名到物理设备名映射的实现
    逻辑设备表(LUT);LUT的设置问题——整个系统设置一张LUT、每个用户设置一张LUT
    4.独占设备的分配程序
    ⑴基本的设备分配程序
    分配设备
    分配控制器
    分配通道
    ⑵设备分配程序的改进
    增加设备的独立性
    考虑多通路情况
    5.SPOOLING技术
    ⑴什么是SPOOLING——(Simultaneous Peripheral Operations On-Line)假脱机操作
    ⑵SPOOLING系统的组成
    输入井和输出井、输入缓冲区和输出缓冲区、输入进程和输出进程
    ⑶共享打印机
    ⑷SPOOLING系统的特点
    提高了I/O速度、将独占设备改造为共享设备、实现了虚拟设备功能
    五、设备处理
    1.设备驱动程序的功能和特点
    ⑴设备驱动程序的功能
    ⑵设备处理方式
    ⑶设备驱动程序的特点
    2.设备驱动程序的处理过程
    将抽象要求转换为具体要求;
    检查I/O请求的合法性;
    读出和检查设备的状态;
    传送必要的参数;
    方式的设置;
    启动I/O设备。
    3.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;
    分析中断的原因、转入相应的设备中断处理程序;
    进行中断处理;
    恢复被中断进程的现场。