計算機操作系統(tǒng)第6章.ppt

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1、第六章輸入/輸出系統(tǒng)6.1I/O系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)6.2采用通道模型的I/O系統(tǒng)6.3I/O系統(tǒng)的軟件組織6.4緩沖技術(shù)6.5磁盤的驅(qū)動調(diào)度6.6設備分配程序6.7WindowsNT的I/O系統(tǒng)6.1I/O系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖6.1按使用特性對設備的分類6.1.1I/O設備類型1.按使用特性分類2.按所屬關(guān)系分類外部設備按其所屬關(guān)系可分為系統(tǒng)設備和用戶設備。(1)系統(tǒng)設備。這是指在操作系統(tǒng)生成時已經(jīng)登記在系統(tǒng)中的標準設備，如打印機、磁盤等。時鐘也是一個特殊的系統(tǒng)設備，它的全部功能就是按事先定義的時間間隔發(fā)出中斷。(2)用戶設備。這是指在系統(tǒng)生成時未

2、登記在系統(tǒng)中的非標準設備。這類設備通常是由用戶提供的，因此該類設備的處理程序也應該由用戶提供，并通過適當?shù)氖侄伟堰@類設備登記在系統(tǒng)中，以便系統(tǒng)能對它實施統(tǒng)一管理。3.按資源分配角度分類獨占設備。(2)共享設備。(3)虛擬設備。4.按傳輸數(shù)據(jù)數(shù)量分類外部設備按傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)量，分為字符設備和塊設備。(1)字符設備。每次傳輸數(shù)據(jù)以字節(jié)為單位的設備稱為字符設備，如打印機、終端、鍵盤等低速設備。(2)塊設備。傳輸以數(shù)據(jù)塊為單位進行的設備稱為塊設備。如磁盤、磁帶等高速外存儲器等。6.1.2I/O設備的物理特性1.磁盤圖6.2磁盤物理結(jié)構(gòu)概念圖表6-1典型的

3、軟盤和硬盤的技術(shù)參數(shù)2.時鐘圖6.3可編程時鐘可編程時鐘的優(yōu)點是它的中斷頻率可由軟件控制。如果使用振蕩頻率為1MHz的晶體，那么計數(shù)器每一微秒接收到一個脈沖，對于16位的寄存器，中斷可編程為按1μs至65536μs的間隔發(fā)生。時鐘硬件所做的工作僅僅是按給定的時間間隔產(chǎn)生中斷，其它和時間有關(guān)的工作必須由軟件(時鐘驅(qū)動程序)來做。時鐘軟件的任務包括：①維護日期和時間；②防止進程運行時間超過允許界限；③對CPU使用進行記帳；④處理用戶進程提出的時間鬧鐘系統(tǒng)調(diào)用；⑤對系統(tǒng)某些部分提供監(jiān)視定時器；⑥支持直方圖監(jiān)視和統(tǒng)計信息搜集。3.終端(1)存儲

4、映像終端。圖6.4存儲映像終端直接寫入視頻RAM視頻存儲卡上有一個芯片稱為視頻控制器(VideoController)。這個芯片從視頻RAM中取出字符，產(chǎn)生用于驅(qū)動顯示器(監(jiān)視器)的視頻信號，如圖6.4所示。監(jiān)視器產(chǎn)生水平掃描屏幕的電子束。典型的屏幕有480至1024行，每行640至1200點。這些點稱為像素(Pixel)。視頻控制器調(diào)節(jié)電子束，決定一個像素是亮的還是黑的。彩色監(jiān)視器有三個電子束，分別對應紅色、綠色和藍色。一個簡單的單色顯示器可顯示25行，每行80個字符。每個字符的寬度為9個像素，高度為14個像素(包括字符間的空白)。這種顯示器有3

5、50行掃描線，每行掃描線有720個點，每幀每秒重畫45至70次。視頻控制器被設計成首先從視頻RAM中取出80個字符，產(chǎn)生14行掃描線，再取80個字符，再產(chǎn)生14行掃描線，這樣一直工作下去。事實上，大多數(shù)視頻控制器顯示每個字符的每行掃描線時，都取一次字符以便在控制器中不需要緩沖。每個字符的9列寬14行高的位模保存在視頻控制器的視頻ROM中(也可以使用RAM，以支持用戶字體)。ROM按12位編址，8位來自字符代碼，4位指定掃描線。ROM中每個字節(jié)的8位控制8個像素，字符間的第9個像素總是為空。因此屏幕上的每行文本需14×80次存儲器訪問，也需訪問相同次

6、數(shù)的字符發(fā)生器。對于存儲映像顯示器，鍵盤是與顯示器分開的，它可能通過一個串行口或并行口和計算機相連。對于每一個鍵動作，產(chǎn)生CPU中斷，鍵盤中斷程序通過讀I/O口取得鍵入的字符。在IBM-PC中，鍵盤包括一個內(nèi)嵌的微處理器，通過特殊的串行口和主板上的一個控制芯片通信。任何時刻擊鍵或釋放鍵，都產(chǎn)生一個中斷，而且鍵盤僅僅提供鍵碼，而不是ASCII碼。當擊A鍵時，鍵碼(30)被存放于I/O寄存器。輸入字符是大寫、小寫、CTRL-A、ALT-A、-ALT-A，還是其它的組合，則由驅(qū)動程序確定。因為驅(qū)動程序知道哪些鍵被按下還沒有釋放，因此它有足夠的信息完成這項

7、工作。雖然鍵盤接口把全部工作交給了軟件，但這提供了很大的靈活性。(2)RS-232終端。圖6.5RS-232終端與計算機通信圖6.6X-Window系統(tǒng)中的客戶和服務器(3)X終端。6.1.3I/O系統(tǒng)的硬件組織1.I/O控制方式循環(huán)I/O測試方式。(2)程序中斷I/O方式。(3)DMA方式。(4)通道方式。圖6.7DMA方式下的數(shù)據(jù)傳輸采用DMA方式的數(shù)據(jù)傳輸處理過程如下：①當進程要求設備輸入數(shù)據(jù)時，CPU把準備存放輸入數(shù)據(jù)的內(nèi)存始址及要傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)分別送入DMA控制器中的內(nèi)存地址寄存器和傳送字節(jié)計數(shù)器；另外，還要把控制/狀態(tài)寄存器中的中斷允許

8、位和啟動位置1，從而啟動設備，開始數(shù)據(jù)輸入。②發(fā)出數(shù)據(jù)輸入要求的進程進入阻塞狀態(tài)，進程調(diào)度程序調(diào)度其它進程占有CPU。③