操作系統(tǒng)概念第十五講 設(shè)備管理（1）

OperatingSystemConceptionDavidfu回顧文件系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)分為幾類？物理結(jié)構(gòu)分為幾類？文件系統(tǒng)的存取控制有幾種方法？OperatingSystemConceptionDavidfu本課總體綱要設(shè)備管理概述數(shù)據(jù)傳輸控制方式中斷技術(shù)OperatingSystemConceptionDavidfu設(shè)備分類按設(shè)備使用特性分類：存儲(chǔ)設(shè)備、I/O設(shè)備、終端設(shè)備、脫機(jī)設(shè)備按從屬關(guān)系分類：系統(tǒng)設(shè)備、用戶設(shè)備按設(shè)備的資源管理分類：獨(dú)占設(shè)備、共享設(shè)備、虛擬設(shè)備按信息的交換單位分類：塊設(shè)備、字符設(shè)備OperatingSystemConceptionDavidfu設(shè)備管理功能設(shè)備分配按照設(shè)備類型和相應(yīng)的控制算法將設(shè)備分配給申請的進(jìn)程，將未分配到設(shè)備的進(jìn)程放入等待隊(duì)列。設(shè)備處理提供進(jìn)程管理系統(tǒng)的接口，當(dāng)進(jìn)程要求設(shè)備資源時(shí)，建立進(jìn)程通信接口設(shè)備獨(dú)立性以及并行操作性為用戶提供友好的透明接口，屏蔽了具體硬件設(shè)備的細(xì)節(jié)緩沖管理CPU的執(zhí)行速度和內(nèi)存的訪問速度較高，而設(shè)備的數(shù)據(jù)存取速度較低。系統(tǒng)通過建立緩沖區(qū)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存取的平衡，從而提高CPU的利用率。OperatingSystemConceptionDavidfu本課總體綱要設(shè)備管理概述數(shù)據(jù)傳輸控制方式中斷技術(shù)OperatingSystemConceptionDavidfu程序直接控制方式程序直接控制方式（programmeddirectcontrol):由用戶進(jìn)程直接控制內(nèi)存或CPU和外圍設(shè)備之間的信息傳送。OperatingSystemConceptionDavidfu程序直接控制方式接收到“Start”命令接收和發(fā)送數(shù)據(jù)準(zhǔn)備準(zhǔn)備完畢標(biāo)志觸發(fā)器置“Done”等待CPU來的下一條指令CPU發(fā)“start”命令等待執(zhí)行下條指令開始數(shù)據(jù)傳送標(biāo)志觸發(fā)器為“Done”？否是否是外圍設(shè)備OperatingSystemConceptionDavidfu程序直接控制方式優(yōu)點(diǎn)：控制簡單，不需要較多硬件支持缺點(diǎn)：CPU和外圍設(shè)備只能串行工作CPU在一段時(shí)間內(nèi)只能和一臺(tái)外圍設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，執(zhí)行效率低OperatingSystemConceptionDavidfu中斷處理過程設(shè)備接收CPU發(fā)來的Start指令緩沖寄存器滿嗎？控制器發(fā)送中斷信號CPU向設(shè)備發(fā)送Start指令中斷允許位置1其他進(jìn)程執(zhí)行中斷處理被中斷進(jìn)程執(zhí)行收到中斷信號？中斷控制方式否是否是中斷請求線OperatingSystemConceptionDavidfu中斷方式優(yōu)點(diǎn)：與程序直接控制方式相比，使CPU的利用率大大提高支持多道程序和設(shè)備的并行操作缺點(diǎn)：由于中斷次數(shù)較多，處理中斷將耗去大量CPU處理時(shí)間在并行操作情況下，中斷次數(shù)急劇增加可能造成CPU無法響應(yīng)中斷而出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。外圍設(shè)備速度很高，導(dǎo)致CPU來不及取走數(shù)據(jù)而丟失OperatingSystemConceptionDavidfuDMA方式DMA方式：在外圍設(shè)備和內(nèi)存之間開辟直接數(shù)據(jù)交換通道。DMA方式挪用CPU的一個(gè)工作周期把數(shù)據(jù)緩沖寄存器中的數(shù)據(jù)直接送到地址寄存器所指向的內(nèi)存區(qū)域中OperatingSystemConceptionDavidfuDMA數(shù)據(jù)傳送處理過程DMA控制器接收到Start啟動(dòng)設(shè)備準(zhǔn)備數(shù)據(jù)將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)緩沖寄存器將緩沖寄存器的內(nèi)容送入內(nèi)存改變傳送字節(jié)數(shù)寄存器和內(nèi)存地址寄存器的內(nèi)容傳送字節(jié)數(shù)＝0？發(fā)中斷信號停止I/O操作發(fā)Start指令設(shè)置相應(yīng)寄存器允許中斷位當(dāng)進(jìn)程等待，調(diào)度其他進(jìn)程運(yùn)行被調(diào)度的進(jìn)程執(zhí)行接收到中斷信號？進(jìn)行中斷處理設(shè)備CPU否是OperatingSystemConceptionDavidfuDMA方式的特點(diǎn)DMA方式與中斷方式的主要區(qū)別：中斷方式是在數(shù)據(jù)緩沖寄存器滿之后發(fā)中斷要求CPU進(jìn)行中斷處理DMA方式則是在所要求轉(zhuǎn)送的數(shù)據(jù)塊全部傳送結(jié)束時(shí)要求CPU進(jìn)行中斷處理缺點(diǎn)：當(dāng)外圍設(shè)備管理的控制越來越復(fù)雜，多個(gè)DMA控制器同時(shí)使用顯然會(huì)引起內(nèi)存地址的沖突并使控制復(fù)雜化OperatingSystemConceptionDavidfu通道控制方式通道定義：通道是一個(gè)獨(dú)立于CPU的專管輸入輸出控制的處理機(jī)，它控制設(shè)備與內(nèi)存直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。有自己的通道指令，這些通道指令受CPU啟動(dòng)，并在操作結(jié)束時(shí)向CPU發(fā)中斷信號通道指令：通道指令一般包含交換數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的位置、傳送方向、數(shù)據(jù)塊長度以及被控制的I/O設(shè)備的地址信息等OperatingSystemConceptionDavidfu通道控制方式處理過程通道接收到Start讀出內(nèi)存中通道指令設(shè)置I/O控制寄存器中的狀態(tài)寄存器設(shè)備根據(jù)通道指令，發(fā)送數(shù)據(jù)傳送字節(jié)數(shù)＝0？發(fā)中斷信號停止I/O操作發(fā)Start指令指明I/O操作設(shè)備號和對應(yīng)通道當(dāng)進(jìn)程等待，調(diào)度其他進(jìn)程運(yùn)行被調(diào)度的進(jìn)程執(zhí)行接收到中斷信號？進(jìn)行中斷處理設(shè)備CPU否是否是OperatingSystemConceptionDavidfu通道方式傳輸數(shù)據(jù)的特點(diǎn)通道方式與DMA方式的區(qū)別：在DMA方式中，數(shù)據(jù)的傳送方向、存放數(shù)據(jù)的內(nèi)存起始地址以及傳送數(shù)據(jù)塊長度等都由CPU控制在通道方式中，這些都由專管輸入輸出的硬件－通道來完成。DMA方式中，每臺(tái)設(shè)備都至少有一個(gè)DMA控制器與之相對應(yīng)通道方式可以做到一個(gè)通道控制多臺(tái)設(shè)備與內(nèi)存進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從而減輕了CPU的工作負(fù)擔(dān)。OperatingSystemConceptionDavidfu本課總體綱要設(shè)備管理概述數(shù)據(jù)傳輸控制方式中斷技術(shù)OperatingSystemConceptionDavidfu中斷技術(shù)（2）開中斷：CPU內(nèi)部處理機(jī)狀態(tài)字PSW的中斷允許位可以設(shè)置使CPU接收中斷或禁止中斷，接收中斷稱為開中斷。關(guān)中斷：設(shè)置PSW中斷允許位，禁止中斷，稱為關(guān)中斷。中斷屏蔽：指再中斷請求產(chǎn)生后，系統(tǒng)使用軟件方式有選擇的封鎖部分中斷而允許其余部分中斷仍能得到響應(yīng)。有的中斷不允許關(guān)中斷和中斷屏蔽，如電源調(diào)電中斷。OperatingSystemConceptionDavidfu中斷技術(shù)（3）根據(jù)中斷源產(chǎn)生的條件,可以分為：外中斷：來自處理機(jī)和內(nèi)存外部的中斷。I/O中斷，外部信號中斷，定時(shí)器中斷以及調(diào)試中斷內(nèi)中斷：處理機(jī)和內(nèi)存內(nèi)部產(chǎn)生的中斷，內(nèi)中斷一般也稱為陷阱（trap）地址非法、校驗(yàn)錯(cuò)、頁面失效、存取訪問控制錯(cuò)，除零錯(cuò)等。OperatingSystemConceptionDavidfu中斷技術(shù)（6）判斷中斷響應(yīng)文件關(guān)中斷保存被中斷現(xiàn)場分析中斷原因轉(zhuǎn)中斷處理子程序執(zhí)行中斷處理子程序恢復(fù)現(xiàn)場開中斷返回中斷點(diǎn)OperatingSystemConceptionDavidfu系統(tǒng)發(fā)生中斷的種類進(jìn)程調(diào)度中斷時(shí)鐘中斷電源失效和故障中斷設(shè)備中斷OperatingSystemConceptionDavidfu課堂作業(yè)通道又稱為I/O處理機(jī)，它用于實(shí)現(xiàn)之間的信息傳輸內(nèi)