清华大学：《操作系统》课程教学资源（PPT课件）第八章 外部设备管理

第八章外部设备管理 外设的特点: 种类多 8.1引言 差异大(控制和速度) 82缓冲技术 8.3设备分配 外设管理目的包括 84设备控制 外设资源的控制 85磁盘设备管理 外设资源的共享 提高外设资源的利用率 86设备管理举例

第八章 外部设备管理 8.1 引言 8.2 缓冲技术 8.3 设备分配 8.4 设备控制 8.5 磁盘设备管理 8.6 设备管理举例 外设的特点： 种类多 差异大(控制和速度) 外设管理目的包括： 外设资源的控制 外设资源的共享 提高外设资源的利用率

8.1引言 8.1.1外部设备类型和特征 8.1.2IO控制技术 8.1.3外设管理的目的和功能 8.1.4外设管理结构 返回

8.1 引言 8.1.1 外部设备类型和特征 8.1.2 I/O控制技术 8.1.3 外设管理的目的和功能 8.1.4 外设管理结构 返回

8.1.1外部设备类型和特征 1.按交互对象分类 人机交互设备:视频显示设备、键盘、鼠 标、打印机 与计算机或其他电子设备交互的设备:磁 盘、磁带、传感器、控制器 计算机间的通信设备:网卡、调制解调器 返回

8.1.1 外部设备类型和特征 • 人机交互设备：视频显示设备、键盘、鼠 标、打印机 • 与计算机或其他电子设备交互的设备：磁 盘、磁带、传感器、控制器 • 计算机间的通信设备：网卡、调制解调器 返回 1. 按交互对象分类

2.按交互方向分类 输入(可读):键盘、扫描仪 输出(可写):显示设备、打印机 输入/输出(可读写):磁盘、网卡 3.按外设特性分类 使用特征:存储、输入输出、终端 数据传输率:低速(如键盘)、中速(如 打印机)、高速(如网卡、磁盘) 信息组织特征:单个字符或数据块 字符设备(如打印机) 块设备(如磁盘)

2. 按交互方向分类 • 输入（可读）：键盘、扫描仪 • 输出（可写）：显示设备、打印机 • 输入/输出（可读写）：磁盘、网卡 3. 按外设特性分类 • 使用特征：存储、输入/输出、终端 • 数据传输率：低速(如键盘)、中速(如 打印机)、高速(如网卡、磁盘) • 信息组织特征：单个字符或数据块 – 字符设备(如打印机) – 块设备(如磁盘)

8.1.2IO控制技术 1.程序控制IO( programmed I/O) I/O操作由程序发起,并等待操作完成。数据的每 次读写通过CPU 缺点:在外设进行数据处理时,CPU只能等待 2.中断驱动方式( (interrupt-driven 1O) I/O操作由程序发起,在操作完成时(如数据可读或 已经写入)由外设向CPU发出中断,通知该程序 数据的每次读写通过CPU。 优点:在外设进行数据处理时,CPU不必等待,可 以继续执行该程序或其他程序。 缺点:CPU每次处理的数据量少(通常不超过几个 字节),只适于数据传输率较低的设备 返回

8.1.2 I/O控制技术 返回 1. 程序控制I/O(programmed I/O) I/O操作由程序发起，并等待操作完成。数据的每 次读写通过CPU。 缺点：在外设进行数据处理时，CPU只能等待。 2. 中断驱动方式(interrupt-driven I/O) I/O操作由程序发起，在操作完成时（如数据可读或 已经写入）由外设向CPU发出中断，通知该程序。 数据的每次读写通过CPU。 优点：在外设进行数据处理时，CPU不必等待，可 以继续执行该程序或其他程序。 缺点：CPU每次处理的数据量少（通常不超过几个 字节），只适于数据传输率较低的设备

3.直接存储访问方式(DMA, Direct Memory Access) 由程序设置DMA控制器中的若干寄存器值(如内 存始址,传送字节数),然后发起IO操作,而后 者完成内存与外设的成批数据交换,在操作完成 时由DMA控制器向CPU发出中断。 优点:CPU只需干预IO操作的开始和结束,而其 中的一批数据读写无需CPU控制,适于高速设备 System Bus I/0 I/0 Processor Controller Controller Controller

3. 直接存储访问方式(DMA, Direct Memory Access) 由程序设置DMA控制器中的若干寄存器值（如内 存始址，传送字节数），然后发起I/O操作，而后 者完成内存与外设的成批数据交换，在操作完成 时由DMA控制器向CPU发出中断。 优点：CPU只需干预I/O操作的开始和结束，而其 中的一批数据读写无需CPU控制，适于高速设备。 System Bus I/O Controller I/O Controller Processor DMA Controller ..... Memory

Data Count Data Data lines Register Address Address lines Register DMA Request DMA Acknowledge Control Interrupt Read Logic Write DMA方式下的IO控制器结构

Data Count Data Register Address Register Control Logic DMA Request DMA Acknowledge Interrupt Read Write Address Lines Data Lines DMA方式下的I/O控制器结构

4.通道控制方式( channel control) 通道控制器( Channel Processor)有自己的专用存储器, 可以执行由通道指令组成的通道程序,因此可以进行 较为复杂的O控制,如网卡上信道访问控制。通道 程序通常由操作系统所构造,放在内存里 优点:执行一个通道程序可以完成几批ⅣO操作。 选择通道( selector channel)):可以连接多个外设,而 次只能访问其中一个外设 多路通道( multiplexor channel):可以并发访问多个外设。 分为字节多路(byte)和数组多路( block)通道

4. 通道控制方式(channel control) • 选择通道(selector channel)：可以连接多个外设，而一 次只能访问其中一个外设 • 多路通道(multiplexor channel)：可以并发访问多个外设。 分为字节多路(byte)和数组多路(block)通道。 通道控制器(Channel Processor)有自己的专用存储器， 可以执行由通道指令组成的通道程序，因此可以进行 较为复杂的I/O控制，如网卡上信道访问控制。通道 程序通常由操作系统所构造，放在内存里。 优点：执行一个通道程序可以完成几批I/O操作

System Bus Channel Processor Processor Memory I/0 Bus I/0 I/0 I/0 I/0 Controller Controller Controller Controller

System Bus Processor I/O Bus I/O Controller I/O Controller I/O Controller I/O Controller Memory Channel Processor

8.1.3外设管理的目的和功能 1.外设管理目的 提高效率:提高O访问效率,匹配CPU和多 种不同处理速度的外设 方便使用:方便用户使用,对不同类型的设备 统一使用方法,协调对设备的并发使用 方便控制:方便OS内部对设备的控制:增加 和删除设备,适应新的设备类型 返回

8.1.3 外设管理的目的和功能 • 提高效率：提高I/O访问效率，匹配CPU和多 种不同处理速度的外设 • 方便使用：方便用户使用，对不同类型的设备 统一使用方法，协调对设备的并发使用 • 方便控制：方便OS内部对设备的控制：增加 和删除设备，适应新的设备类型 返回 1. 外设管理目的