操作系統(tǒng)-輸入輸出系統(tǒng)

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1、§3.1I/O硬件原理第三章：輸入/輸出系統(tǒng)操作系統(tǒng)控制所有的輸入/輸出設(shè)備，主要內(nèi)容：它所實(shí)現(xiàn)的I/O功能為：I/O硬件原理°向設(shè)備發(fā)布命令，捕獲中斷并進(jìn)行錯(cuò)誤處理，提供一個(gè)與其它部分無關(guān)的接口I/O軟件原理(設(shè)備無關(guān)性接口)。死鎖I/O設(shè)備特點(diǎn)：種類繁多，特性各異、MINIXI/O系統(tǒng)概述操作方式的區(qū)別很大。121.I/O設(shè)備的劃分2.I/O系統(tǒng)按信息交換的方式分主機(jī)I/O系統(tǒng)：使用專門的用于I/O的計(jì)算機(jī)完成°塊設(shè)備(blockdevices)：可以按塊隨機(jī)訪問的設(shè)I/O功能。備。信息存儲(chǔ)在可尋址的固定大小的數(shù)據(jù)塊中，微型機(jī)I/O系統(tǒng)：I/O設(shè)備通過設(shè)備控制器連接到一般大小在512

2、到32768字節(jié)不等。如磁盤。總線上。CPU不直接與I/O設(shè)備通信，而是與設(shè)°字符設(shè)備(characterdevices)：按字符流方式操備控制器進(jìn)行通信，并通過它去控制相應(yīng)的設(shè)備。作的設(shè)備。字符設(shè)備無法編址。如打印機(jī)，設(shè)備控制器是處理機(jī)與設(shè)備之間的接口。Modem，鼠標(biāo)等?？刂瓶偩€°其它：時(shí)鐘，存儲(chǔ)映像顯示器等按傳輸速率分：低速設(shè)備，中速設(shè)備，高速CPU數(shù)據(jù)總線設(shè)備地址總線按設(shè)備的共享方式：獨(dú)占設(shè)備，共享設(shè)備，內(nèi)存設(shè)備控制器虛擬設(shè)備……外部設(shè)備343.設(shè)備控制器設(shè)備控制器的組成I/O設(shè)備分兩個(gè)部分：設(shè)備控制器與處理機(jī)的接口°機(jī)械部分：設(shè)備本身設(shè)備控制器與設(shè)備的接口°電子部件：設(shè)備控制器

3、，或適配器，它是處理機(jī)與設(shè)備之間的接口，控制設(shè)備完成相應(yīng)的操作。I/O邏輯與CPU的接口與設(shè)備的接口CPU對(duì)設(shè)備控制器的控制主要通過讀寫設(shè)備控制器內(nèi)對(duì)應(yīng)的寄存器來完成，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)線控制器數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)寄存器狀態(tài)的可編程控制，這是構(gòu)建操作系統(tǒng)I/O管理系與設(shè)備控制/狀態(tài)接口1控制統(tǒng)的基礎(chǔ)。寄存器…控制器和設(shè)備間的接口標(biāo)準(zhǔn)遵從標(biāo)準(zhǔn)接口的標(biāo)地址線控制器數(shù)據(jù)準(zhǔn)，比如ISO，IEEE，ANSI。這是一種低層控制線I/O邏輯…與設(shè)備狀態(tài)接口i控制次的標(biāo)準(zhǔn)，完成了對(duì)設(shè)備的具體控制。561設(shè)備控制器功能4.數(shù)據(jù)交換的方式地址識(shí)別查詢方式：CPU直接利用I/O指令編程，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入輸出。分為：接收和識(shí)

4、別命令°直接執(zhí)行指令設(shè)備狀態(tài)的了解和報(bào)告°查詢→等待→再傳送控制設(shè)備完成具體操作中斷方式：一旦設(shè)備就緒，設(shè)備控制發(fā)出中斷°數(shù)據(jù)糾錯(cuò)，緩沖與交換(數(shù)據(jù)信號(hào))通知CPU，進(jìn)行中斷處理程序，而在未就緒期°對(duì)設(shè)備控制信號(hào)的控制(控制信號(hào))間，CPU可以處理其它工作?！阍O(shè)備狀態(tài)的返回(狀態(tài)信號(hào))°軟件要求：中斷向量表、中斷處理程序注意：設(shè)備控制器通過在它上面的接線器和設(shè)備°硬件要求：中斷控制芯片、中斷請(qǐng)求信號(hào)線的電纜線連接。一般可以控制不止一個(gè)設(shè)備。設(shè)想數(shù)據(jù)量很大78DMA方式(DirectMemoryAccess)主機(jī)-控制器控制器-塊設(shè)備DMA方式特點(diǎn)：DMA寄存器區(qū)數(shù)據(jù)°數(shù)據(jù)傳送基本單位是數(shù)

5、據(jù)塊內(nèi)存數(shù)據(jù)緩沖區(qū)°所傳送的數(shù)據(jù)直接依靠硬件從設(shè)備送入內(nèi)存的，或I/O磁盤者相反，傳送期間不受CPU干預(yù)。count內(nèi)存地址控……驅(qū)動(dòng)器制°僅在傳送一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)塊的開始和結(jié)束時(shí)，才需CPU數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器邏要CPU的干預(yù)，整塊數(shù)據(jù)的傳送是在控制器的控制命令/狀態(tài)輯下完成?！璂MA控制器：位于主存和I/O設(shè)備之間，它是一磁盤控制器命令系統(tǒng)總線個(gè)數(shù)據(jù)傳輸控制硬件。一般的情況下，和設(shè)備控制器合在一起。910DMA方式傳送過程5.數(shù)據(jù)緩沖初始化：分別設(shè)置內(nèi)存起始地址和傳送字節(jié)數(shù)為什么要設(shè)置數(shù)據(jù)緩沖?到DMA地址寄存器和傳送字節(jié)數(shù)計(jì)數(shù)器。中斷°速度不匹配、總線分配難并行、頻繁中斷允許位和啟動(dòng)位置1，

6、啟動(dòng)設(shè)備。°例如：磁盤讀取進(jìn)程進(jìn)入阻塞狀態(tài)，CPU運(yùn)行其它進(jìn)程。°好處：避免對(duì)總線的持續(xù)占有，提高CPU和設(shè)備的輸入設(shè)備挪用CPU總線周期，數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存。并行程度。計(jì)數(shù)完成后發(fā)出中斷信號(hào)，CPU轉(zhuǎn)中斷處理程1位緩沖中斷響應(yīng)頻率9.6Kb/s9.6Kb/s序進(jìn)行善后處理中斷響應(yīng)頻率CPU返回被中斷進(jìn)程或調(diào)度新進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行8位緩沖9.6Kb/s1.2Kb/s缺點(diǎn)：設(shè)備管理復(fù)雜、提高成本……111226.磁盤交叉編址§3.2I/O軟件原理1.I/O軟件的設(shè)計(jì)目標(biāo)交叉編址技術(shù)：有意地跳過一些塊以便為控制器留出時(shí)間供其將數(shù)據(jù)傳送到內(nèi)存的技術(shù)。實(shí)現(xiàn)設(shè)備無關(guān)性：指同一軟件可以同時(shí)讀出不°為什么？同設(shè)備

7、上的文件，而無需修改?！愦疟P控制器不能同時(shí)輸入輸出、磁盤數(shù)據(jù)流恒定°實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一命名，即能夠使用某個(gè)簡單的格式，如字符串或整數(shù)，來訪問不同的設(shè)備。選擇和分配設(shè)備70706134°處理專用設(shè)備和共享設(shè)備5261控制數(shù)據(jù)傳輸4325°同步(阻塞)－異步(中斷驅(qū)動(dòng))傳輸錯(cuò)誤處理1314I/O軟件的層次2.中斷處理程序中斷(異步中斷)和異常(同步中斷)I/O軟件分為四個(gè)層次，自上往°中斷：系統(tǒng)不能確定事件發(fā)生的時(shí)間，例如：由外設(shè)產(chǎn)生的中斷。下分