操作系統(tǒng)-05輸入輸出ppt課件.ppt

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1、輸入/輸出第5章5.1I/O硬件原理5.2I/O軟件原理5.3I/O軟件層次5.4硬盤5.5時(shí)鐘1I/O設(shè)備分類與人進(jìn)行交互用于和用戶進(jìn)行通信打印機(jī)視頻顯示設(shè)備顯示器鍵盤鼠標(biāo)與設(shè)備進(jìn)行交互用于和電子設(shè)備進(jìn)行通信磁盤和磁帶傳感器控制器傳動(dòng)器2I/O設(shè)備分類網(wǎng)絡(luò)通信類用于和遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行通信數(shù)據(jù)線調(diào)制解調(diào)器所有設(shè)備在操作系統(tǒng)中被粗略地分為兩類塊設(shè)備字符設(shè)備3I/O設(shè)備的不同數(shù)據(jù)傳輸率不同設(shè)備在數(shù)據(jù)傳輸率上有可能相差幾個(gè)數(shù)量級應(yīng)用如當(dāng)磁盤用于存儲(chǔ)文件時(shí)需要文件管理軟件的配合當(dāng)磁盤用于存儲(chǔ)虛頁時(shí)需要特殊的硬件和軟件的支持被系統(tǒng)管理員使用的終端必須具有高級

2、的優(yōu)先權(quán)控制的復(fù)雜度4I/O設(shè)備的不同傳輸單位對于終端,數(shù)據(jù)的傳輸是以字符流為單位,而磁盤則是以塊為單位數(shù)據(jù)的表示方式不同設(shè)備編碼方式不一樣出錯(cuò)表示方式5I/O硬件原理某些典型設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和總線的數(shù)據(jù)率6設(shè)備控制器I/O設(shè)備的組成:機(jī)械部分電子部分組成設(shè)備的電子部分就是設(shè)備控制器一個(gè)設(shè)備控制器可以處理一類設(shè)備控制器的任務(wù)將串行的位流轉(zhuǎn)換成字節(jié)塊盡可能進(jìn)行糾錯(cuò)可以與主存進(jìn)行讀寫操作7內(nèi)存映射I/O（1）單獨(dú)的I/O和內(nèi)存空間內(nèi)存映射I/O混合方案8內(nèi)存映射I/O(2)(a)單總線體系結(jié)構(gòu)(b)雙總線內(nèi)存體系結(jié)構(gòu)910I/O數(shù)據(jù)傳輸方式程序控制I/O

3、在進(jìn)行輸入/輸出時(shí)，CPU處于一種忙等待中斷驅(qū)動(dòng)I/OCPU發(fā)出I/O命令，由控制器具體執(zhí)行CPU轉(zhuǎn)去執(zhí)行其他指令控制器完成I/O后，向CPU發(fā)中斷信號11I/O數(shù)據(jù)傳輸方式直接存儲(chǔ)器存取(DMA)由專門的DMA控制器控制數(shù)據(jù)在內(nèi)存與外部設(shè)備間的傳輸CPU僅僅在所有數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后進(jìn)行中斷干預(yù)通道控制方式1213幾種數(shù)據(jù)傳輸方式的關(guān)系14中斷回顧中斷是怎樣發(fā)生的，設(shè)備與中斷控制器之間的連線實(shí)際上使用的是總線上的中斷線而不是專用連線。busControlregisterDataregister15直接存儲(chǔ)器存取(DMA)16直接存儲(chǔ)器存取(DMA)

4、DMA傳送操作17直接存儲(chǔ)器存取(DMA)基本原理:處理器將相應(yīng)的傳輸命令發(fā)給DMA控制器DMA控制器直接將數(shù)據(jù)與內(nèi)存間進(jìn)行交換當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束，DMA控制器向處理器發(fā)中斷信號18DMA配置幾種DMA控制器的使用方式19DMA配置幾種DMA控制器的使用方式20I/O軟件原理I/O軟件的目標(biāo)(1)設(shè)備獨(dú)立性程序能夠訪問任意的設(shè)備不需要事先指定(如讀取硬盤,軟盤,或光區(qū))統(tǒng)一命名一個(gè)文件或設(shè)備的名字應(yīng)該是一個(gè)簡單的字符串或一個(gè)整數(shù)不應(yīng)依賴于任何設(shè)備錯(cuò)誤處理錯(cuò)誤應(yīng)該盡可能在接近硬件層面得到處理21I/O軟件目標(biāo)(2)同步(Synchronous)和異步

5、(asynchronous)傳輸阻塞式傳輸和中斷驅(qū)動(dòng)傳輸緩沖數(shù)據(jù)離開一個(gè)設(shè)備后通常并不能直接存放到目的地共享設(shè)備和獨(dú)占設(shè)備磁盤是共享設(shè)備磁帶是獨(dú)占性設(shè)備22程序控制I/O(1)打印一個(gè)字符串的步驟23程序控制I/O(2)使用程序控制I/O將一個(gè)字符串寫到打印機(jī)24中斷驅(qū)動(dòng)I/O使用中斷驅(qū)動(dòng)I/O將一個(gè)字符串寫到打印機(jī)當(dāng)打印系統(tǒng)被調(diào)用時(shí)執(zhí)行的代碼打印機(jī)的中斷服務(wù)過程25使用DMA的I/O使用DMA打印一個(gè)字符串當(dāng)打印系統(tǒng)被調(diào)用時(shí)執(zhí)行的代碼中斷服務(wù)過程26I/O軟件層次I/O軟件系統(tǒng)的層次27中斷處理程序(1)中斷向量程序應(yīng)該隱藏在操作系統(tǒng)內(nèi)部將啟

6、動(dòng)I/O操作的驅(qū)動(dòng)程序阻塞起來,直到I/O操作完成且產(chǎn)生一個(gè)中斷中斷處理程序?qū)⑼瓿伤龅娜抗ぷ魅缓髮?dòng)中斷的驅(qū)動(dòng)程序解除阻塞硬件中斷完成之后軟件中斷的執(zhí)行步驟保存沒有被中斷硬件保存的所有寄存器為中斷服務(wù)過程設(shè)置上下文,可能包括設(shè)置TLB,MMU和頁表28中斷處理程序(2)為中斷服務(wù)過程設(shè)置堆棧應(yīng)答中斷控制器,如果不存在集中的中斷控制器,則再次開放中斷將寄存器從它們被保存的地方復(fù)制到進(jìn)程表中運(yùn)行中斷服務(wù)過程,從發(fā)出中斷的設(shè)備控制器的寄存器中提取信息選擇下一次運(yùn)行哪一個(gè)進(jìn)程為下一次要運(yùn)行的進(jìn)程設(shè)置MMU上下文裝入新進(jìn)程的寄存器開始運(yùn)行新進(jìn)程

7、29設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的邏輯定位驅(qū)動(dòng)程序和設(shè)備控制器之間的所有通信都通過總線30與設(shè)備無關(guān)的I/O軟件(1)與設(shè)備無關(guān)的I/O軟件功能設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的統(tǒng)一接口緩沖錯(cuò)誤報(bào)告分配與釋放專用設(shè)備提供與設(shè)備無關(guān)的塊大小31與設(shè)備無關(guān)的I/O軟件(2)(a)沒有標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)程序接口(b)具有標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)程序接口32與設(shè)備無關(guān)的I/O軟件(3)(a)無緩沖的輸入(b)用戶空間中的緩沖(c)內(nèi)核空間中的緩沖接著復(fù)制到用戶空間(d)內(nèi)核空間中的雙緩沖33雙緩沖使用兩個(gè)系統(tǒng)內(nèi)核空間中的緩沖當(dāng)?shù)谝粋€(gè)緩沖區(qū)被填滿之后,在它被清空之前可以使用第二個(gè)緩沖區(qū)34循環(huán)緩沖可

8、以使用的緩沖區(qū)有兩個(gè)以上EachindividualbufferisoneunitinacircularbufferUsedwhenI/Ooperat