1、2020/7/31，1，5章設備管理，5.1 I/O系統的功能，型號和介面5.2 I/O設備和設備控制器5.3中斷機構和中斷處理程序5.4設備驅動程序5.5設備獨立I/O軟件5.6用戶層I/O軟件5.7緩沖區管理5.8磁盤存儲5.1 I/O2，與設備無關：邏輯設備名稱/dev/printer；增加新的設備驅動程序3，提高處理器和I/O設備利用率：處理器和I/O設備并行運行，2020/7/31，2，I/O系統基本功能，4，I/O設備控制：I/O設備控制驅動程序目前，控制I/O設備的茄子方法有四種。即，使用輪詢的可編程I/o方法。使用中斷可編程I/O方法；直接內存訪問方法I/O通道方法。5、確保設

2、備的正確共享：獨占設備(例如打印機)、孔劉設備(例如磁盤)6、錯誤處理：大多數設備包含更多的機器和傳記部分，在運行時發生錯誤和故障的可能性很高。2020/7/31，3，5 . 1 . 2 I/O I/O軟件層，2020/7/31，4，I/O系統中各種模塊之間的分層視圖，2020/7/父系統包括文件系統、虛擬存儲系統和用戶進程。底部連接器：軟件/硬件(RW/HW)界面連接中斷處理程序和各種設備控制器，如CD-ROM控制器、硬盤控制器、鍵盤控制器、打印機控制器和網絡控制器。2020/7/31，6，父介面：I/o系統介面、塊設備介面數據訪問和傳輸塊單元設備(如磁盤)。設備具有高傳輸速率、可尋址性，I

3、/O使用DMA方法。流式設備接口也稱為字符設備(數據訪問和傳輸字符單元)接口。字符設備不能尋址，只能按順序讀取，通常為字符設備設置一個字符緩沖區。用戶程序輸入或輸出文字的方法是使用get和put操作。界面提供in-control命令以統一處理各種流設備。流設備大多數是獨占設備，必須以互斥的方式向牙齒接口提供open和close操作。網絡通信介面、2020/7/31，7、I/O系統的分層，中斷處理程序位于I/O系統的最低層，與硬件直接交互。首先保存中斷流程CPU環境，將其移動到相應的處理程序，完成后恢復現場。設備驅動程序是進程和設備控制器之間的通信程序。將上層發送的抽象I/O請求轉換為有關I/O

4、設備的特定命令和參數信息，并將其加載到設備控制器的命令和參數寄存器中。與設備無關的軟件I/O軟件獨立于具體使用的物理設備運行。包括設備命名、設備分配、數據緩沖區、數據高速緩沖區等。2020/7/31，8，2020/7/31，9，5.2 I/O設備和設備控制器，I/O設備控制器I/O通道總線系統，I/O系統用于數據輸入、輸出和數據存儲，2020/7/塊設備(可尋址)、字符設備(不可尋址)按設備的孔劉屬性(僅(即臨界資源)、孔劉(需要可尋址和隨機訪問，如磁盤)、虛擬設備、鍵盤、鼠標和語言)分類，電子組件稱為設備控制器。CPU和設備之間的接口。，基本功能：1，接收和識別命令需要控制器控制控制寄存器、

5、接收的命令和參數存檔和解碼，設備控制器控制一個或多個I/O設備以執行設備和電腦之間的數據交換。2020/7/31，12，基本功能(繼續):2，數據更換寄存器實現CPU和控制器，控制器與設備之間的數據更換3，識別和報告設備狀態控制器的狀態寄存器日志記錄設備狀態CPU識別4，地址識別地址解碼器每個設備都有地址。5、解決數據緩沖區I/O設備和CPU、內存速度不匹配的矛盾6、錯誤控制控制器和I/O設備傳送的數據的錯誤檢測、2020/7/31，13、設備控制器配置：設備控制器和處理器之間的接口包括數據線、地址線、控制線設備控制器和設備之間的介面每個接口上的數據、7/31，13設備與控制器之間的數據信號控

6、制信號線：控制器向設備發送控制信號時的路徑狀態信號線：通過發送指示設備當前狀態的信號I/O邏輯，實現設備的控制CPU利用率，負責命令解碼和地址解碼。2020/7/31、14、2020/7/31、15、5.2.3、I/O通道、通道是用于I/O處理的專用處理器，用于控制內存和外圍設備的直接數據交換。目的：設置獨立的I/O操作，CPU向通道發送I/O命令，通道運行通道程序，完成I/O，然后向CPU發送中斷信號。通道與一般處理器不同。命令類型是單一的，只能執行I/O命令。通道沒有自己的內存，通道程序放在主內存中。2020/7/31，16，通道類型字節多路復用通道：每個子通道連接I/O設備，并使用多路復

7、用通過時間片旋轉共享主通道的字節交叉操作通道。陣列選擇通道：字節多路復用不適合高速設備連接。連接多個高速設備，可以單獨使用，在一段時間內只能運行一個通道程序。組(塊)傳輸陣列多路復用通道：陣列選擇通道“高波特率”和字節多路復用通道“分時并行操作”的優點數據傳輸可能需要按陣列連接多個高速外圍設備，2020/7/31，17，“瓶頸”問題通道資源有限，系統可能需要同時啟動。22ISA和EISA總線ISA:1984年；帶寬：8位16位；最大傳輸速率：216Mbps可連接12個設備。EISA:1989年，帶寬：32位，最大波特率：32Mbps，可連接12臺設備。2020/7/31，20，定義本地總線：多

8、媒體卡、高速LAN網卡、高性能圖形板等直接連接到ISA總線，通過本地總線控制器直接連接到CPU總線(高速CPU總線)。VESA總線：32位總線帶寬，最大傳輸速率：132Mbps，可連接24個設備，控制器中無緩沖：PCI總線：支持64位系統，最大傳輸速率：500Mbps，支持10茄子外圍設備，復雜的管理層，管理層具有數據緩沖、5.3 CPU對中斷機構和中斷處理程序、中斷和切入中斷：I/O設備發送的中斷信號的響應。中斷是由外部設備引起的，因此也稱為外中斷。切入：由CPU內部事件(例如非法命令、地址溢出等)引起的中斷稱為內部中斷或陷阱。，2020/7/31，21，中斷矢量和中斷優先級，中斷矢量=(中

9、斷編號，中斷處理程序的入口地址)指定與每個設備的中斷請求相對應的中斷編號，為中斷矢量表中表條目的每個設備放置相應的中斷處理程序，將程序的入口地址放置在中斷中，中斷優先級為每個中斷信號源設置不同的優先級。鍵盤終端的中斷請求沒有打印機那么緊急，打印機中斷請求也沒有磁盤那么緊急。2020/7/31，22，如何處理各種中斷源，如果系統在打印機中斷處理過程中收到高優先級磁盤中斷信號：所有中斷屏蔽(禁止)中斷屏蔽，中斷完成后按順序處理新中斷。嵌套中斷優先級高的中斷請求可以搶占正在運行的優先級低的中斷處理器，類似于基于優先級的搶占過程調度。2020/7/31，23，2020/7/31，24，5.3.2中斷處

10、理程序，中斷處理程序的主要任務：執行進程上下文中的切換、測試中斷信號源處理、讀取設備狀態、修改進程狀態等請求I/O操作時，進程暫停。設備控制器向CPU發送中斷請求，直到設備完成I/O操作。在CPU響應后切換到中斷處理程序。中斷處理程序執行適當的處理，并在處理后解除進程的阻塞狀態。2020/7/31，25，喚醒被阻止的車手(節目)進程，將中斷進程的CPU環境切換到相應的設備處理程序，恢復中斷進程的現場以進行中斷處理。中斷處理程序的處理過程分為以下幾個步驟：2020/7/31，26主要任務：接收父軟件(如READ、Write等)發送的抽象要求(如Read、Write等)，然后將其轉換為設備控制器以

11、開始運行設備。同時，還負責上層軟件傳輸設備控制器發出的信號。2020/7/31，27，2020/7/31，28，1，設備驅動程序功能將轉換為與設備無關的軟件命令和參數接收，以及特定要求。(磁盤號-磁盤、磁道號、扇區號)驗證用戶I/O請求的合法性，了解設備狀態，發出參數轉發或設置I/O命令，啟動設備，或將設備掛在相應的設備隊列中。及時響應設備控制器發送的中斷請求，并根據中斷類型調用相應的中斷處理程序進行處理。2020/7/31，29，2，設備驅動程序功能(1)驅動程序主要是指請求I/o的進程和設備控制器之間的通信和轉換程序。將抽象的I/O請求轉換為特定的I/O操作，然后將其轉發到控制器。(2)驅

12、動程序和設備控制器及I/O設備的硬件功能是緊密相關的，因此徐璐必須為其他類型的設備配置徐璐其他驅動程序。(3)驅動程序和I/O設備使用的I/O控制方法是緊密相關的，常用的I/O控制方法是中斷驅動器和DMA方法。(4)驅動程序和硬件緊密相關，其中一些要做匯編語言筆記，現在很多驅動程序都硬化到ROM了。(5)驅動程序許可再進貨許可。一個正在運行的驅動程序在一次調用完成之前經常被重新調用。2020/7/31，30，3，設備處理方法為每個設備類型設置進程，用于對該設備類型執行I/o操作。例如，為所有交互式終端設置交互式終端進程。設置系統范圍內的I/O進程，以便對系統中的所有設備類型執行I/O操作。在不

13、設置特殊設備處理進程的情況下，僅為用戶進程或系統進程調用設置每個設備類型的相應設備處理程序(模塊)。這種方式現在使用得最多。2020/7/31，31，4，將設備驅動程序處理過程、抽象要求轉換為具體要求，以確認I/o請求的合法性。例如，如果用戶想從一臺打印機請求讀取數據，則這是非法請求。讀取和確認設備狀態：每個設備寄存器都有狀態寄存器，每個都有相應狀態的含義。所需的參數傳輸(磁盤在讀取和寫入之前參數傳輸到設備控制器的寄存器)啟動I/O設備：I/O操作開始時，驅動程序本身被阻止，中斷到達將再次喚醒。實現處理器和I/O設備的并行操作。與設備驅動程序的主要任務是啟動指定的設備。具體的處理過程如下：20

14、20/7/31，32，5 . 4 . 2 I/O I/O控制方法，節目I/O方法(使用輪詢的可編程I/O方法)中斷驅動I/O方法DMA控制方法I/O通道控制方法，然后繼續循環瀏覽busy。如果Busy=1，并且I/o設備正在使用中，則CPU將執行以下測試：Busy=0時，I/O操作結束，CPU發出以下命令：CPU的高速度和I/O設備的低速使CPU的大部分時間暴露在等待I/O設備的循環測試中，從而在CPU上產生巨大的浪費。2020/7/31，34，5.2.2，基于中斷的I/O方法，啟動基于中斷的I/O進程：CPU根據進程的I/O請求向設備控制器發出I/O命令。隨后，CPU將繼續執行CPU與外圍設

15、備并行工作的其他進程。I/O設備完成操作后，控制器通過控制線向CPU發送中斷信號，驗證CPU上的I/O操作是否正確，系統效率：并行操作，以最少的時間處理中斷缺點：設備和CPU之間的數據交換仍保留在字節中。2020/7/31，35，5.2.3，直接存儲訪問DMA I/O控制方法，1，引入直接內存訪問(DMA)控制方法，滿足了同時傳輸大量數據的應用程序要求。將CPU對高速外圍設備的干擾降至最低。牙齒方法的特點：數據傳輸的基本單位是數據塊。傳輸的數據直接從設備傳輸到內存，或者相反，僅當傳輸一個數據塊的開始和結束時，才需要CPU干預。完全數據傳輸在控制器的控制下進行。2020/7/31，36，2，DMA控制器的配置命令/狀態寄存器CR記憶體位址寄存器MAR數據寄存器DR:或相反，數據柜臺DC:包含CPU要讀取或寫入的單詞(部分)數、2020/7/31，37，3，DMA操作過程啟動DMA控制器以傳輸數據。此后，CPU可以執行其他任務。DMA控制器根據命令傳輸數據。也就是說，從磁盤中將一字節的數據讀取到DR中，然后傳輸到內存中。修改并確認DC上的數值：如果DC上的值不是0牙齒，則繼續傳遞下一個字節。值為0時，發