《操作系统》课程教学资源（PPT课件）第5章 设备管理

第五章设备管理MANAGINGIO DEVICES5.1 I/O系统的组成5.1.1I/0设备分类?按传输速率：低速（100KB/s)·按信息交换单位分类块设备：读写的基本单位是数据块，如磁盘字符设备：读写的基本单位是字符，如键盘·按共享属性分类独占设备、共享设备、虚拟设备

第五章 设备管理 MANAGING I/O DEVICES 5.1 I/O系统的组成 5.1.1 I/O 设备分类 •按传输速率: 低速(100KB/s) •按信息交换单位分类 块设备: 读写的基本单位是数据块, 如磁盘 字符设备:读写的基本单位是字符, 如键盘 •按共享属性分类 独占设备、共享设备、虚拟设备

5.1.2I/0系统的结构1.微机I/0系统磁盘打印机驱动器控制器与设备接口CPU内存磁盘控制器打印机控制器

5.1.2 I/O系统的结构 1. 微机I/O系统 控制器与 设备接口 磁盘控制器 打印机控制器 磁盘 驱动器 打印机 CPU 内存

5.1.3设备控制器·控制器是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设备工作。·控制器是一个可编址设备，例如PC中硬盘控制器的I/O端口地址为1F0~1F7。·从物理上看，控制器是一块接口卡或主板上的一个功能模块

5.1.3 设备控制器 • 控制器是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设备工作。 • 控制器是一个可编址设备, 例如PC中硬盘控 制器的I/O端口地址为1F0~1F7。 • 从物理上看, 控制器是一块接口卡或主板上的 一个功能模块

1.设备控制器的组成CPU与控制器接口控制器与设备接口数据线数据数据寄存器控制器状态与设备控制/状态R接口1+控制地址线...1/0控数据控制器制逻辑控制线状态与设备接口i+控制

1. 设备控制器的组成 数据线 CPU与控制器接口 控制器与设备接口 控制器 与设备 接口1 地址线 控制线 I/O控 制逻辑 控制器 与设备 接口i 数据 控制/状态R 控制 数据寄存器 状态 数据 控制 状态 .

2.设备控制器的功能·地址识别：识别I/O端口地址，使I/O操作与设备对应接收和识别命令指挥设备执行接收CPU通过I/O总线发来的命令和参数，存储在控制器中相应的控制寄存器中，并对它进行译码识别转换成适当的电信号，通过控制器与设备的接口向设备发送，指挥设备执行特定的操作。·接收和记录设备的状态接收从设备发来的电信号，进行转换和解释，变为设备的状态信息，将此结果记录在控制器的状态寄存器上，供CPU了解。·数据交换、数据缓冲、差错控制实现CPU一→控制器一设备的数据交换，从而实现了CPU到设备的数据传递和设备到CPU的数据传递

2. 设备控制器的功能 • 地址识别: 识别I/O端口地址, 使I/O操作与设备对应。 • 接收和识别命令指挥设备执行 接收CPU通过I/O总线发来的命令和参数, 存储在 控制器中相应的控制寄存器中, 并对它进行译码识别, 转换成适当的电信号, 通过控制器与设备的接口向设 备发送, 指挥设备执行特定的操作。 • 接收和记录设备的状态 接收从设备发来的电信号, 进行转换和解释, 变为 设备的状态信息, 将此结果记录在控制器的状态寄存 器上, 供CPU了解。 • 数据交换、数据缓冲、差错控制 实现CPU↔控制器↔设备的数据交换, 从而实现了 CPU到设备的数据传递和设备到CPU的数据传递

举例：典型的设备控制器是磁盘控制器，它从I/O总线上接收发来的诸如“写这个数据块”之类的高级命令，并对它进行译码识别，转换成诸如“把磁头定位在正确的磁道上”和“把数据写入这个磁道”之类的低级磁盘操作的电信号，指挥磁盘驱动器执行这些操作，每执行一步都要将磁盘驱动器的发来的电信号进行转换和解释，变为设备的数据状态信息，将此结果记录在控制器的状态寄存器上，供CPU了解。CPU根据此状态信息确定下一步如何操作

举例: 典型的设备控制器是磁盘控制器, 它从I/O总线上 接收发来的诸如“写这个数据块”之类的高级命令, 并 对它进行译码识别, 转换成诸如“把磁头定位在正确的 磁道上”和“把数据写入这个磁道”之类的低级磁盘 操作的电信号, 指挥磁盘驱动器执行这些操作, 每执行 一步都要将磁盘驱动器的发来的电信号进行转换和解 释, 变为设备的数据状态信息, 将此结果记录在控制器 的状态寄存器上, 供CPU了解。CPU根据此状态信息 确定下一步如何操作

设备文件设备文件是用来表示操作系统（Unix类）所支持的大部分I/O设备。·设备文件的主要属性：文件名、类型、主设备号、次设备号·举例

设备文件 •设备文件是用来表示操作系统（Unix类） 所支持的大部分I/O设备。 •设备文件的主要属性： •文件名、类型、主设备号、次设备号 •举例

设备文件举例类型主号次号设备名说明02块设备软盘/dev/fdo块设备30第一个IDE磁盘/dev/hda23块设备第一个IDE磁盘上/dev/hda2的第二个主分区块设备364第二个IDE磁盘/dev/hdb30终端字符设备/dev/ttyp051字符设备控制台/dev/console16字符设备并口打印机/dev/lp1464字符设备第一个串口/dev/ttyS010字符设备135实时时钟/dev/rtc3字符设备1空设备 (黑洞)/dev/null

设备文件举例 设备名 类型 主号 次号 说明 /dev/fd0 块设备 2 0 软盘 /dev/hda 块设备 3 0 第一个IDE磁盘 /dev/hda2 块设备 3 2 第一个IDE磁盘上 的第二个主分区 /dev/hdb 块设备 3 64 第二个IDE磁盘 /dev/ttyp0 字符设备 3 0 终端 /dev/console 字符设备 5 1 控制台 /dev/lp1 字符设备 6 1 并口打印机 /dev/ttyS0 字符设备 4 64 第一个串口 /dev/rtc 字符设备 10 135 实时时钟 /dev/null 字符设备 1 3 空设备（黑洞）

5.1.41/0通道1.通道设备的引入·为了建立独立的I/O操作O传送独立、IO组织管理独立·把CPU从繁杂的IO任务中解脱出来CPU只需向通道发出一条IO指令。IO通道的特点·IO通道是一种特殊的处理机具有执行I/O指令的能力通过执行通道程序来控制I/O操作指令类型单一，没有自己的内存

5.1.4 I/O通道 1.通道设备的引入 •为了建立独立的I/O操作 I/O传送独立、I/O组织管理独立 •把CPU从繁杂的I/O任务中解脱出来 CPU只需向通道发出一条I/O指令。 I/O通道的特点 •I/O通道是一种特殊的处理机 •具有执行I/O指令的能力 •通过执行通道程序来控制I/O操作 •指令类型单一, 没有自己的内存

2.通道类型·字节多路通道含有许多非分配型子通道（几十到几百），每个子通道连结一台低速或中速字节设备，子通道按时间片轮转方式共享主通道，只要扫描一轮的速率足够块，便不会丢失信息。·数组选择通道可连结多台高速块设备，但由于只含有一个分配型子通道，当某台设备占用了该通道，便由它独占，直到用完释放为止，显然它的利用率低。·数组多路通道将以上两种结合，它含有多个非分配型子通道极有很高的传输速率，又有满意的通道利用率

2. 通道类型 •字节多路通道 含有许多非分配型子通道(几十到几百), 每个 子通道连结一台低速或中速字节设备, 子通道按 时间片轮转方式共享主通道, 只要扫描一轮的速 率足够块, 便不会丢失信息。 •数组选择通道 可连结多台高速块设备, 但由于只含有一个分 配型子通道, 当某台设备占用了该通道, 便由它 独占, 直到用完释放为止, 显然它的利用率低。 •数组多路通道 将以上两种结合, 它含有多个非分配型子通道, 极有很高的传输速率, 又有满意的通道利用率