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1、n第八章第八章 I/O I/O管理管理n n计算机外部设备计算机外部设备n n 在在计计算算机机系系统统中中除除CPUCPU和和内内存存外外所所有有的的设设备备和和装装置置称称为为计计算算机机外外部部设设备备（外围设备、（外围设备、I/OI/O设备）。设备）。8.1 I/O8.1 I/O管理的概念管理的概念8.1.1 8.1.1 8.1.1 8.1.1 引言引言引言引言8.1 I/O8.1 I/O管理的概念管理的概念8.1.1 8.1.1 8.1.1 8.1.1 引言引言引言引言n n存存存存储储储储设设设设备备备备：用用用用来来来来存存存存放放放放各各各各种种种种信信信信息息息息的的的的设设
2、设设备备备备称称称称为为为为存存存存储储储储设设设设备备备备，例如，软盘、硬盘、光盘和磁带等；例如，软盘、硬盘、光盘和磁带等；例如，软盘、硬盘、光盘和磁带等；例如，软盘、硬盘、光盘和磁带等；n nI/OI/OI/OI/O设设设设备备备备：用用用用来来来来向向向向计计计计算算算算机机机机输输输输入入入入和和和和输输输输出出出出信信信信息息息息的的的的设设设设备备备备，如如如如键盘、鼠标、显示器、打印机等。键盘、鼠标、显示器、打印机等。键盘、鼠标、显示器、打印机等。键盘、鼠标、显示器、打印机等。n n在在在在现现现现代代代代计计计计算算算算机机机机系系系系统统统统中中中中有有有有些些些些设设设设备
3、备备备既既既既可可可可以以以以做做做做存存存存储储储储设设设设备备备备，也可以做也可以做也可以做也可以做I/OI/OI/OI/O设备，例如，软盘、硬盘等。设备，例如，软盘、硬盘等。设备，例如，软盘、硬盘等。设备，例如，软盘、硬盘等。n nI/OI/O管管理理就就是是设设备备管管理理，它它是是操操作作系系统统的的一一个个重重要要的的组组成成部部分分，负负责责管管理理系系统统中中所所有有的的外外部设备。部设备。8.1 I/O8.1 I/O管理的概念管理的概念8.1.1 8.1.1 8.1.1 8.1.1 引言引言引言引言n n计算机外部设备种类繁多，特性各异。计算机外部设备种类繁多，特性各异。计算
4、机外部设备种类繁多，特性各异。计算机外部设备种类繁多，特性各异。n n主要表现在以下几个方面：主要表现在以下几个方面：主要表现在以下几个方面：主要表现在以下几个方面：n n1.1.1.1.速度速度速度速度n n 不不不不同同同同的的的的外外外外部部部部设设设设备备备备的的的的传传传传输输输输速速速速度度度度的的的的差差差差别别别别相相相相当当当当大大大大，如如如如键键键键盘盘盘盘的的的的传传传传输输输输速速速速度度度度不不不不过过过过几几几几十十十十，上上上上百百百百个个个个字字字字符符符符，而而而而磁磁磁磁盘盘盘盘的的的的传传传传输输输输速速速速度则是度则是度则是度则是60606060万字节
5、万字节万字节万字节/每秒。每秒。每秒。每秒。n n2.2.2.2.传输单位传输单位传输单位传输单位n n 有有有有的的的的设设设设备备备备的的的的传传传传输输输输单单单单位位位位是是是是字字字字节节节节，如如如如键键键键盘盘盘盘、打打打打印印印印机机机机、显显显显示器；示器；示器；示器；n n 有的传输单位是字符块，如软盘、硬盘、磁带等；有的传输单位是字符块，如软盘、硬盘、磁带等；有的传输单位是字符块，如软盘、硬盘、磁带等；有的传输单位是字符块，如软盘、硬盘、磁带等；n n 有有有有的的的的传传传传输输输输单单单单位位位位是是是是位位位位，如如如如个个个个人人人人计计计计算算算算机机机机中中中
6、中的的的的Serial Serial Serial Serial Port(s)COM1Port(s)COM1Port(s)COM1Port(s)COM1、COM2COM2COM2COM28.1 I/O8.1 I/O管理的概念管理的概念8.1.1 8.1.1 8.1.1 8.1.1 引言引言引言引言n n3.3.3.3.容许的操作（操作特性）容许的操作（操作特性）容许的操作（操作特性）容许的操作（操作特性）n n 设设设设备备备备完完完完成成成成的的的的操操操操作作作作种种种种类类类类各各各各不不不不相相相相同同同同，如如如如打打打打印印印印机机机机只只只只允允允允许许许许写写写写操操操操作作
7、作作，键盘只能做读操作，而磁盘既可读，也可写。键盘只能做读操作，而磁盘既可读，也可写。键盘只能做读操作，而磁盘既可读，也可写。键盘只能做读操作，而磁盘既可读，也可写。n n4.4.4.4.出错条件出错条件出错条件出错条件n n 不不不不同同同同的的的的设设设设备备备备，其其其其出出出出错错错错条条条条件件件件也也也也不不不不相相相相同同同同，即即即即数数数数据据据据传传传传输输输输失失失失败败败败的的的的原原原原因因因因各各各各种种种种各各各各样样样样，如如如如打打打打印印印印机机机机有有有有缺缺缺缺纸纸纸纸错错错错，磁磁磁磁盘盘盘盘I/OI/OI/OI/O有有有有奇奇奇奇偶偶偶偶校校校校验验
8、验验错错错错等。等。等。等。设备的分类设备的分类n n（1 1 1 1）按系统和用户的观点分类）按系统和用户的观点分类）按系统和用户的观点分类）按系统和用户的观点分类(从属关系从属关系从属关系从属关系)n n系统设备系统设备系统设备系统设备指在操作系统生成时已经登记在系指在操作系统生成时已经登记在系指在操作系统生成时已经登记在系指在操作系统生成时已经登记在系统中的标准设备，如键盘、显示器、磁盘、打印统中的标准设备，如键盘、显示器、磁盘、打印统中的标准设备，如键盘、显示器、磁盘、打印统中的标准设备，如键盘、显示器、磁盘、打印机等；机等；机等；机等；n n用户设备用户设备用户设备用户设备OSOSO
9、SOS生成后未登记在系统中的非标准生成后未登记在系统中的非标准生成后未登记在系统中的非标准生成后未登记在系统中的非标准设备，绘图仪、游戏操作柄、扫描仪等。设备，绘图仪、游戏操作柄、扫描仪等。设备，绘图仪、游戏操作柄、扫描仪等。设备，绘图仪、游戏操作柄、扫描仪等。n n（2 2 2 2）按操作特性分类）按操作特性分类）按操作特性分类）按操作特性分类n n存贮设备存贮设备存贮设备存贮设备是计算机用来存放各种信息的设备。是计算机用来存放各种信息的设备。是计算机用来存放各种信息的设备。是计算机用来存放各种信息的设备。如磁盘、磁带等。如磁盘、磁带等。如磁盘、磁带等。如磁盘、磁带等。n nI/OI/OI/
10、OI/O设备设备设备设备是向是向是向是向CPUCPUCPUCPU传输信息或输出经传输信息或输出经传输信息或输出经传输信息或输出经CPUCPUCPUCPU加工处加工处加工处加工处理的信息的设备。如键盘、显示器、打印机等理的信息的设备。如键盘、显示器、打印机等理的信息的设备。如键盘、显示器、打印机等理的信息的设备。如键盘、显示器、打印机等8.1 I/O8.1 I/O管理的概念管理的概念8.1.1 8.1.1 8.1.1 8.1.1 引言引言引言引言n n（3 3 3 3）按资源分配的角度）按资源分配的角度）按资源分配的角度）按资源分配的角度n n独享设备独享设备独享设备独享设备是指在一段时间内只允
11、许一个用户进程使用是指在一段时间内只允许一个用户进程使用是指在一段时间内只允许一个用户进程使用是指在一段时间内只允许一个用户进程使用的设备。多数低速的的设备。多数低速的的设备。多数低速的的设备。多数低速的I/OI/OI/OI/O设备都属于这种类型，如打印机设备都属于这种类型，如打印机设备都属于这种类型，如打印机设备都属于这种类型，如打印机就是典型的独享设备；就是典型的独享设备；就是典型的独享设备；就是典型的独享设备；n n共享设备共享设备共享设备共享设备是指在一段时间内允许允许几个用户同时使是指在一段时间内允许允许几个用户同时使是指在一段时间内允许允许几个用户同时使是指在一段时间内允许允许几个
12、用户同时使用的设备，磁盘、光盘等；用的设备，磁盘、光盘等；用的设备，磁盘、光盘等；用的设备，磁盘、光盘等；n n虚拟设备虚拟设备虚拟设备虚拟设备通过通过通过通过SPOOLINGSPOOLINGSPOOLINGSPOOLING（虚拟脱机）技术把独享设备（虚拟脱机）技术把独享设备（虚拟脱机）技术把独享设备（虚拟脱机）技术把独享设备变换成几台逻辑设备，可供多个用户进程同时使用，这种变换成几台逻辑设备，可供多个用户进程同时使用，这种变换成几台逻辑设备，可供多个用户进程同时使用，这种变换成几台逻辑设备，可供多个用户进程同时使用，这种经过虚拟技术处理后的设备称为虚拟设备。经过虚拟技术处理后的设备称为虚拟设
13、备。经过虚拟技术处理后的设备称为虚拟设备。经过虚拟技术处理后的设备称为虚拟设备。n n（4 4 4 4）按基本信息单位分类）按基本信息单位分类）按基本信息单位分类）按基本信息单位分类n n字符设备字符设备字符设备字符设备键盘、打印机、显示器键盘、打印机、显示器键盘、打印机、显示器键盘、打印机、显示器n n块设备块设备块设备块设备一般块大小为一般块大小为一般块大小为一般块大小为512B8KB512B8KB512B8KB512B8KB，如磁带、磁盘、光盘，如磁带、磁盘、光盘，如磁带、磁盘、光盘，如磁带、磁盘、光盘8.1 I/O8.1 I/O管理的概念管理的概念8.1.1 8.1.1 8.1.1 8
14、.1.1 引言引言引言引言8.1 I/O8.1 I/O管理的概念管理的概念8.1.2 8.1.2 8.1.2 8.1.2 设计目标及任务设计目标及任务设计目标及任务设计目标及任务n n设计目标：设计目标：n n1.1.1.1.字字字字符符符符代代代代码码码码的的的的独独独独立立立立性性性性：系系系系统统统统能能能能识识识识别别别别各各各各种种种种不不不不同同同同的的的的字字字字符符符符代代代代码，并能以标准形式向用户程序提供数据。码，并能以标准形式向用户程序提供数据。码，并能以标准形式向用户程序提供数据。码，并能以标准形式向用户程序提供数据。n n 现在使用的现在使用的现在使用的现在使用的AS
15、CIIASCIIASCIIASCII码（美国信息交换标准码）码（美国信息交换标准码）码（美国信息交换标准码）码（美国信息交换标准码）n n2.2.2.2.设设设设备备备备独独独独立立立立性性性性：独独独独立立立立于于于于设设设设备备备备类类类类型型型型、独独独独立立立立于于于于同同同同类类类类设设设设备备备备的的的的具体设备号（对于设备的控制）具体设备号（对于设备的控制）具体设备号（对于设备的控制）具体设备号（对于设备的控制）n n3.3.3.3.效效效效率率率率：提提提提高高高高设设设设备备备备的的的的使使使使用用用用效效效效率率率率，尽尽尽尽可可可可能能能能提提提提高高高高设设设设备备备备
16、的的的的并并并并行操作，充分利用通道和缓冲技术。行操作，充分利用通道和缓冲技术。行操作，充分利用通道和缓冲技术。行操作，充分利用通道和缓冲技术。n n4.4.4.4.设备处理的一致性：设备的统一控制和处理。设备处理的一致性：设备的统一控制和处理。设备处理的一致性：设备的统一控制和处理。设备处理的一致性：设备的统一控制和处理。n n任务：任务：n n完完完完成成成成用用用用户户户户提提提提出出出出的的的的I/OI/OI/OI/O请请请请求求求求，为为为为用用用用户户户户分分分分配配配配I/OI/OI/OI/O设设设设备备备备，提提提提高高高高I/OI/OI/OI/O设备的利用率，方便用户使用设备
17、的利用率，方便用户使用设备的利用率，方便用户使用设备的利用率，方便用户使用I/OI/OI/OI/O设备。设备。设备。设备。8.1 I/O8.1 I/O管理的概念管理的概念8.1.3 I/O8.1.3 I/O8.1.3 I/O8.1.3 I/O管理功能管理功能管理功能管理功能n n1.1.1.1.状态跟踪状态跟踪状态跟踪状态跟踪n n 设设设设备备备备控控控控制制制制块块块块是是是是存存存存放放放放设设设设备备备备管管管管理理理理和和和和控控控控制制制制信信信信息息息息的的的的数数数数据据据据结结结结构构构构。系系系系统统统统通通通通过过过过设设设设备备备备控控控控制制制制块块块块掌握设备的状态
18、。掌握设备的状态。掌握设备的状态。掌握设备的状态。n n2.2.2.2.设备存取设备存取设备存取设备存取n n在在在在多多多多用用用用户户户户环环环环境境境境中中中中，系系系系统统统统必必必必须须须须决决决决定定定定一一一一种种种种策策策策略略略略，以以以以确确确确定定定定谁谁谁谁将将将将取取取取得得得得一一一一台台台台设设设设备备备备、使使使使用用用用多长时间，何时存取设备多长时间，何时存取设备多长时间，何时存取设备多长时间，何时存取设备。n n3.3.3.3.设备分配设备分配设备分配设备分配n n 在在在在多多多多用用用用户户户户的的的的环环环环境境境境下下下下，负责设备的分配和回收。负责
19、设备的分配和回收。负责设备的分配和回收。负责设备的分配和回收。n n4.4.4.4.设备控制设备控制设备控制设备控制n n 设设设设备备备备控控控控制制制制包包包包括括括括设设设设备备备备的的的的驱驱驱驱动动动动、完完完完成成成成和和和和故故故故障障障障中中中中断断断断处理。处理。处理。处理。8.1 I/O8.1 I/O管理的概念管理的概念8.1.4 8.1.4 8.1.4 8.1.4 设备独立性设备独立性设备独立性设备独立性n n一、设备独立性的概念一、设备独立性的概念一、设备独立性的概念一、设备独立性的概念n n 设设设设备备备备独独独独立立立立性性性性是是是是指指指指用用用用户户户户在在
20、在在编编编编程程程程序序序序时时时时所所所所使使使使用用用用的的的的设设设设备备备备与与与与实实实实际设备无关。际设备无关。际设备无关。际设备无关。用户程序中只使用逻辑设备名。用户程序中只使用逻辑设备名。用户程序中只使用逻辑设备名。用户程序中只使用逻辑设备名。n n两类设备独立性：两类设备独立性：两类设备独立性：两类设备独立性：n n1.1.1.1.一一一一个个个个程程程程序序序序应应应应独独独独立立立立于于于于分分分分配配配配给给给给它它它它的的的的某某某某类类类类设设设设备备备备的的的的具具具具体体体体设设设设备备备备。即即即即在在在在用用用用户户户户程程程程序序序序中中中中只只只只指指指
21、指明明明明I/OI/OI/OI/O使使使使用用用用的的的的设设设设备备备备类类类类型型型型即即即即可可可可。如如如如在在在在系系系系统统统统中中中中配配配配备备备备了了了了两两两两台台台台打打打打印印印印机机机机，用用用用户户户户要要要要打打打打印印印印时时时时只只只只要要要要告告告告诉系统要将信息送到打印机即可。诉系统要将信息送到打印机即可。诉系统要将信息送到打印机即可。诉系统要将信息送到打印机即可。n n2.2.2.2.程程程程序序序序要要要要尽尽尽尽可可可可能能能能地地地地与与与与它它它它使使使使用用用用的的的的设设设设备备备备类类类类型型型型无无无无关关关关。即即即即在在在在用用用用户
22、户户户程程程程序序序序中中中中只只只只要要要要指指指指出出出出要要要要输输输输入入入入或或或或输输输输出出出出信信信信息息息息，至至至至于于于于信信信信息息息息I/OI/OI/OI/O使用的设备不需用户指明。使用的设备不需用户指明。使用的设备不需用户指明。使用的设备不需用户指明。n n二、设备独立性的实现二、设备独立性的实现二、设备独立性的实现二、设备独立性的实现n n 利用软通道、作业说明书等实现利用软通道、作业说明书等实现利用软通道、作业说明书等实现利用软通道、作业说明书等实现8.1 I/O8.1 I/O管理的概念管理的概念8.1.4 8.1.4 8.1.4 8.1.4 设备独立性设备独立
23、性设备独立性设备独立性n n三、设备独立性的优点三、设备独立性的优点三、设备独立性的优点三、设备独立性的优点n n1.1.1.1.方便用户编程方便用户编程方便用户编程方便用户编程n n2.2.2.2.使用程序运行不受具体的机器环境的限制使用程序运行不受具体的机器环境的限制使用程序运行不受具体的机器环境的限制使用程序运行不受具体的机器环境的限制n n3.3.3.3.便于程序移植便于程序移植便于程序移植便于程序移植8.1 I/O8.1 I/O管理的概念管理的概念8.1.5 8.1.5 8.1.5 8.1.5 设备控制块设备控制块设备控制块设备控制块n n一、设备控制块一、设备控制块一、设备控制块一
24、、设备控制块n n 设设设设备备备备控控控控制制制制块块块块是是是是设设设设备备备备管管管管理理理理的的的的数数数数据据据据结结结结构构构构，用用用用来来来来存存存存放放放放设设设设备备备备的的的的管管管管理理理理和和和和控控控控制制制制信信信信息息息息，每每每每类类类类设设设设备备备备有有有有一一一一个个个个设备控制块。设备控制块。设备控制块。设备控制块。8.1 I/O8.1 I/O管理的概念管理的概念8.1.5 8.1.5 8.1.5 8.1.5 设备控制块设备控制块设备控制块设备控制块n n二、设备转换表（设备开关表）二、设备转换表（设备开关表）二、设备转换表（设备开关表）二、设备转换表
25、（设备开关表）n n 设备开关表存放设备驱动和控制程序入口地址。设备开关表存放设备驱动和控制程序入口地址。设备开关表存放设备驱动和控制程序入口地址。设备开关表存放设备驱动和控制程序入口地址。8.2 8.2 缓冲技术缓冲技术 8.2.1 8.2.1 8.2.1 8.2.1 概述概述概述概述n n CPUCPUCPUCPU与与与与各各各各种种种种外外外外部部部部设设设设备备备备的的的的速速速速度度度度上上上上的的的的差差差差异异异异很很很很大大大大，设设设设备备备备与与与与设备之间的速度的差异也很大。设备之间的速度的差异也很大。设备之间的速度的差异也很大。设备之间的速度的差异也很大。n n 系系系
26、系统统统统有有有有时时时时会会会会产产产产生生生生大大大大量量量量的的的的数数数数据据据据需需需需要要要要I/OI/OI/OI/O，有有有有时时时时又又又又会会会会很很很很长时间没有长时间没有长时间没有长时间没有I/OI/OI/OI/O，造成，造成，造成，造成I/OI/OI/OI/O负荷的不均匀。负荷的不均匀。负荷的不均匀。负荷的不均匀。n n 要解决这两个方面的问题就要引入缓冲的概念。要解决这两个方面的问题就要引入缓冲的概念。要解决这两个方面的问题就要引入缓冲的概念。要解决这两个方面的问题就要引入缓冲的概念。n n 缓缓缓缓冲冲冲冲是是是是用用用用来来来来在在在在两两两两种种种种不不不不同同
27、同同速速速速度度度度的的的的设设设设备备备备之之之之间间间间传传传传输输输输信信信信息息息息时平滑传输过程的常用手段。时平滑传输过程的常用手段。时平滑传输过程的常用手段。时平滑传输过程的常用手段。n n缓缓缓缓冲冲冲冲技技技技术术术术是是是是用用用用来来来来匹匹匹匹配配配配CPUCPUCPUCPU与与与与设设设设备备备备之之之之间间间间速速速速度度度度差差差差异异异异和和和和负负负负荷荷荷荷的不均匀。的不均匀。的不均匀。的不均匀。n n引入原因引入原因n n1 1）改善）改善CPUCPU、I/OI/O之间的速度不匹配之间的速度不匹配n n2 2）减少中断次数，放宽）减少中断次数，放宽CPUCP
28、U对中断的响应对中断的响应时间时间n n3 3）增强）增强CPUCPU、CHANNELCHANNEL（通道）、（通道）、I/OI/O的并的并行操作能力行操作能力n n常用的缓冲技术有三种：双缓冲、环形缓常用的缓冲技术有三种：双缓冲、环形缓冲、缓冲池冲、缓冲池8.2 8.2 缓冲技术缓冲技术 8.2.1 8.2.1 8.2.1 8.2.1 概述概述概述概述8.2 8.2 缓冲技术缓冲技术8.2.2 8.2.2 8.2.2 8.2.2 双缓冲双缓冲双缓冲双缓冲n n系系统统设设置置两两个个缓缓冲冲区区，BUF1BUF1和和BUF2BUF2，各各进进程程使使用用这这两两个个缓缓冲冲区区。这这种种缓缓
29、冲冲技技术术是是最最简简单单的，用于低频度活动的，用于低频度活动I/OI/O。n n工工作作过过程程：首首先先输输入入将将数数据据送送入入BUF1BUF1，然然后后，申申请请BUF2BUF2，在在向向BUF2BUF2输输入入数数据据的的同同时时，输输出出进进程程可可从从BUF1BUF1中中取取数数据据。同同理理，向向BUF1BUF1输输入入与从与从BUF2BUF2中取数据可以并行。中取数据可以并行。8.2 8.2 缓冲技术缓冲技术8.2.3 8.2.3 8.2.3 8.2.3 环形缓冲环形缓冲环形缓冲环形缓冲n n 在在在在系系系系统统统统中中中中设设设设置置置置若若若若干干干干缓缓缓缓冲冲冲
30、冲区区区区，并并并并把把把把这这这这些些些些缓缓缓缓冲冲冲冲区区区区链链链链接接接接起起起起来来来来，这这这这样样样样若若若若干干干干个个个个缓缓缓缓冲冲冲冲区区区区就就就就形形形形成成成成了了了了一一一一个个个个环环环环，故称环形缓冲区。故称环形缓冲区。故称环形缓冲区。故称环形缓冲区。8.2 8.2 缓冲技术缓冲技术8.2.4 8.2.4 8.2.4 8.2.4 缓冲池缓冲池缓冲池缓冲池n n系系系系统统统统设设设设置置置置多多多多个个个个缓缓缓缓冲冲冲冲区区区区，形形形形成成成成一一一一个个个个缓缓缓缓冲冲冲冲池池池池。这这这这个个个个池池池池中中中中的的的的缓冲区为系统中所有的进程共享使
31、用。缓冲区为系统中所有的进程共享使用。缓冲区为系统中所有的进程共享使用。缓冲区为系统中所有的进程共享使用。8.3 8.3 设备分配设备分配8.3.1 8.3.1 8.3.1 8.3.1 分配原则分配原则分配原则分配原则n n一、静态分配和动态分配一、静态分配和动态分配一、静态分配和动态分配一、静态分配和动态分配n n1 1 1 1、静态分配、静态分配、静态分配、静态分配n n 当当当当一一一一个个个个作作作作业业业业（或或或或进进进进程程程程）运运运运行行行行时时时时，根根根根据据据据作作作作业业业业要要要要求求求求的的的的设设设设备备备备，系系系系统统统统如如如如果果果果能能能能满满满满足足
32、足足，则则则则将将将将其其其其要要要要求求求求的的的的设设设设备备备备全全全全部部部部分分分分配配配配给给给给它它它它，然然然然后后后后开开开开始始始始运运运运行行行行，运运运运行行行行完完完完成成成成释释释释放其占用的所有设备。放其占用的所有设备。放其占用的所有设备。放其占用的所有设备。n n 这这这这种种种种分分分分配配配配方方方方式式式式的的的的优优优优点点点点是是是是系系系系统统统统绝绝绝绝不不不不会会会会出出出出现现现现死死死死锁锁锁锁，缺缺缺缺点点点点是设备利用率太低。是设备利用率太低。是设备利用率太低。是设备利用率太低。n n2 2 2 2、动态分配、动态分配、动态分配、动态分配
33、n n这这这这种种种种分分分分配配配配方方方方法法法法是是是是在在在在作作作作业业业业（或或或或进进进进程程程程）运运运运行行行行的的的的过过过过程程程程中中中中，需需需需要要要要使使使使用用用用设设设设备备备备时时时时，就就就就向向向向系系系系统统统统申申申申请请请请，系系系系统统统统根根根根据据据据某某某某种种种种分分分分配配配配原原原原则则则则进进进进行行行行分配。分配。分配。分配。n n这这这这种种种种方方方方法法法法的的的的优优优优点点点点是是是是设设设设备备备备的的的的利利利利用用用用率率率率高高高高，缺缺缺缺点点点点是是是是系系系系统统统统有有有有出出出出现现现现死锁的可能。死锁
34、的可能。死锁的可能。死锁的可能。8.3 8.3 设备分配设备分配8.3.1 8.3.1 8.3.1 8.3.1 分配原则分配原则分配原则分配原则n n二、设备分配算法二、设备分配算法二、设备分配算法二、设备分配算法n n1 1 1 1、先来先服务算法、先来先服务算法、先来先服务算法、先来先服务算法n n2 2 2 2、优先级高者优先、优先级高者优先、优先级高者优先、优先级高者优先n n三、设备分配的安全性三、设备分配的安全性三、设备分配的安全性三、设备分配的安全性n n 对于共享设备，不论采用静态分配还是采用对于共享设备，不论采用静态分配还是采用对于共享设备，不论采用静态分配还是采用对于共享设
35、备，不论采用静态分配还是采用动态分配都不会出现死锁。动态分配都不会出现死锁。动态分配都不会出现死锁。动态分配都不会出现死锁。n n 对于独占设备，采用动态分配有可能造成死对于独占设备，采用动态分配有可能造成死对于独占设备，采用动态分配有可能造成死对于独占设备，采用动态分配有可能造成死锁。锁。锁。锁。n n 独享分配、共享分配、虚拟分配独享分配、共享分配、虚拟分配独享分配、共享分配、虚拟分配独享分配、共享分配、虚拟分配8.3 8.3 设备分配设备分配8.3.2 8.3.2 8.3.2 8.3.2 虚拟设备技术虚拟设备技术虚拟设备技术虚拟设备技术n n虚虚虚虚拟拟拟拟技技技技术术术术：在在在在一一
36、一一类类类类物物物物理理理理设设设设备备备备上上上上模模模模拟拟拟拟另另另另一一一一类类类类物物物物理理理理设设设设备备备备的的的的技技技技术术术术，也也也也是是是是将将将将独独独独占占占占设设设设备备备备转转转转化化化化为为为为共共共共享享享享设设设设备备备备的的的的技技技技术。术。术。术。n n虚虚虚虚拟拟拟拟设设设设备备备备：用用用用来来来来代代代代替替替替独独独独占占占占型型型型设设设设备备备备的的的的那那那那部部部部分分分分外外外外存存存存空空空空间。间。间。间。8.3 8.3 设备分配设备分配8.3.2 8.3.2 8.3.2 8.3.2 虚拟设备技术虚拟设备技术虚拟设备技术虚拟设
37、备技术n n虚拟技术的实现：虚拟技术的实现：虚拟技术的实现：虚拟技术的实现：n nSPOOLINGSPOOLINGSPOOLINGSPOOLING系系系系统统统统：操操操操作作作作系系系系统统统统提提提提供供供供的的的的外外外外部部部部设设设设备备备备联联联联机机机机同同同同时操作的功能。即假脱机操作（时操作的功能。即假脱机操作（时操作的功能。即假脱机操作（时操作的功能。即假脱机操作（SPOOLSPOOLSPOOLSPOOL）。）。）。）。n n系统分三个部分：系统分三个部分：系统分三个部分：系统分三个部分：n n预输入；预输入；预输入；预输入；n n缓输出；缓输出；缓输出；缓输出；n n井管
38、理。井管理。井管理。井管理。8.4 I/O8.4 I/O控制控制8.4.1 8.4.1 8.4.1 8.4.1 I/OI/OI/OI/O控制方式控制方式控制方式控制方式n n一、循环测试一、循环测试一、循环测试一、循环测试I/OI/OI/OI/O方式方式方式方式n n早期的设备控制方式采用。早期的设备控制方式采用。早期的设备控制方式采用。早期的设备控制方式采用。n n该该该该方方方方式式式式中中中中，I/OI/OI/OI/O控控控控制制制制器器器器是是是是操操操操作作作作系系系系统统统统软软软软件件件件和和和和硬硬硬硬件件件件之之之之间间间间的的的的接接接接口口口口，它它它它接接接接收收收收C
39、PUCPUCPUCPU的的的的命命命命令令令令，并并并并控控控控制制制制I/OI/OI/OI/O设设设设备备备备进进进进行行行行实实实实际的操作。际的操作。际的操作。际的操作。n n特点：工作过程简单，特点：工作过程简单，特点：工作过程简单，特点：工作过程简单，CPUCPUCPUCPU利用率低。利用率低。利用率低。利用率低。8.4 I/O8.4 I/O控制控制8.4.1 I/O8.4.1 I/O8.4.1 I/O8.4.1 I/O控制方式控制方式控制方式控制方式n n二、二、二、二、I/OI/OI/OI/O中断方式中断方式中断方式中断方式n n 为为为为了了了了提提提提高高高高CPUCPUCP
40、UCPU和和和和设设设设备备备备的的的的利利利利用用用用率率率率，就就就就应应应应使使使使CPUCPUCPUCPU与与与与设设设设备备备备并并并并行行行行工工工工作作作作，采采采采用用用用I/OI/OI/OI/O中中中中断断断断方方方方式式式式。采采采采用用用用这这这这种种种种方方方方式式式式要要要要求求求求控制寄存器中有一个中断位控制寄存器中有一个中断位控制寄存器中有一个中断位控制寄存器中有一个中断位。8.4 I/O8.4 I/O控制控制8.4.1 I/O8.4.1 I/O8.4.1 I/O8.4.1 I/O控制方式控制方式控制方式控制方式n n在在在在I/OI/OI/OI/O中断方式下，数
41、据的输入（或输出）步骤如下：中断方式下，数据的输入（或输出）步骤如下：中断方式下，数据的输入（或输出）步骤如下：中断方式下，数据的输入（或输出）步骤如下：n n设备驱动程序工作：设备驱动程序工作：设备驱动程序工作：设备驱动程序工作：n n1 1 1 1、要要要要求求求求输输输输入入入入数数数数据据据据的的的的进进进进程程程程把把把把一一一一个个个个启启启启动动动动命命命命令令令令和和和和允允允允许许许许中中中中断断断断位位位位“1”“1”“1”“1”写写写写入入入入相相相相应应应应设设设设备备备备的的的的控控控控制制制制状状状状态态态态寄寄寄寄存存存存器器器器中中中中，从从从从而而而而启启启启
42、动了该设备；动了该设备；动了该设备；动了该设备；n n2 2 2 2、该进程因等待输入的完成进入睡眠状态。、该进程因等待输入的完成进入睡眠状态。、该进程因等待输入的完成进入睡眠状态。、该进程因等待输入的完成进入睡眠状态。n n3 3 3 3、当当当当输输输输入入入入完完完完成成成成后后后后，输输输输入入入入设设设设备备备备向向向向CPUCPUCPUCPU发发发发出出出出完完完完成成成成中中中中断断断断请请请请求信号；求信号；求信号；求信号；8.4 I/O8.4 I/O控制控制8.4.1 I/O8.4.1 I/O8.4.1 I/O8.4.1 I/O控制方式控制方式控制方式控制方式n n设备中断处
43、理程序工作：设备中断处理程序工作：设备中断处理程序工作：设备中断处理程序工作：n n4 4 4 4、处处处处理理理理机机机机响响响响应应应应中中中中断断断断，处处处处理理理理该该该该中中中中断断断断，并并并并唤唤唤唤醒醒醒醒等等等等待待待待输入完成的进程；输入完成的进程；输入完成的进程；输入完成的进程；n n5 5 5 5、在在在在以以以以后后后后的的的的某某某某个个个个时时时时期期期期，该该该该程程程程序序序序被被被被调调调调度度度度到到到到后后后后，继继继继续运行。续运行。续运行。续运行。n n优点：大大地提高了优点：大大地提高了优点：大大地提高了优点：大大地提高了CPUCPUCPUCPU
44、的利用效率。的利用效率。的利用效率。的利用效率。n n缺缺缺缺点点点点：每每每每次次次次I/OI/OI/OI/O都都都都要要要要CPUCPUCPUCPU的的的的干干干干预预预预，如如如如果果果果系系系系统统统统中中中中配配配配备备备备了了了了多多多多台台台台（套套套套）设设设设备备备备时时时时，CPUCPUCPUCPU的的的的利利利利用用用用率率率率也也也也会会会会降降降降低低低低。解解解解决决决决的的的的方方方方法法法法是是是是采采采采用通道技术。用通道技术。用通道技术。用通道技术。8.4 I/O8.4 I/O控制控制8.4.1 I/O8.4.1 I/O8.4.1 I/O8.4.1 I/O控
45、制方式控制方式控制方式控制方式n n三、通道方式三、通道方式三、通道方式三、通道方式n n I/OI/OI/OI/O通通通通道道道道是是是是用用用用来来来来控控控控制制制制外外外外部部部部设设设设备备备备与与与与主主主主存存存存之之之之间间间间进进进进行行行行成成成成批批批批数数数数据据据据传传传传输输输输的的的的部部部部件件件件。每每每每个个个个通通通通道道道道可可可可以以以以连连连连接接接接多多多多台台台台外外外外部部部部设设设设备，并控制它们的备，并控制它们的备，并控制它们的备，并控制它们的I/OI/OI/OI/O操作。操作。操作。操作。n n 通通通通道道道道有有有有自自自自己己己己的
46、的的的一一一一套套套套简简简简单单单单的的的的指指指指令令令令系系系系统统统统并并并并执执执执行行行行通通通通道道道道程程程程序序序序，它它它它接接接接收收收收CPUCPUCPUCPU的的的的委委委委托托托托，而而而而又又又又独独独独立立立立于于于于CPUCPUCPUCPU工工工工作作作作。因因因因此此此此通道可看作是计算机系统中专门用于通道可看作是计算机系统中专门用于通道可看作是计算机系统中专门用于通道可看作是计算机系统中专门用于I/OI/OI/OI/O的处理机。的处理机。的处理机。的处理机。8.4 I/O8.4 I/O控制控制8.4.1 I/O8.4.1 I/O8.4.1 I/O8.4.1
47、 I/O控制方式控制方式控制方式控制方式n n通道的类型：通道的类型：通道的类型：通道的类型：n n 字字字字节节节节多多多多路路路路通通通通道道道道(低低低低速速速速)；n n 选择通道选择通道选择通道选择通道(高速高速高速高速)；n n 数组多路通道数组多路通道数组多路通道数组多路通道(中速中速中速中速)。n n在在在在个个个个人人人人计计计计算算算算机机机机系系系系统统统统中中中中采采采采用用用用微微微微通通通通道道道道，就就就就是是是是教教教教材材材材中中中中所讲的所讲的所讲的所讲的DMADMADMADMA。8.4 I/O8.4 I/O控制控制8.4.1 I/O8.4.1 I/O8.4
48、.1 I/O8.4.1 I/O控制方式控制方式控制方式控制方式n n四、四、四、四、DMADMADMADMA方式方式方式方式n nDMADMADMADMA即即即即直直直直接接接接存存存存储储储储器器器器存存存存取取取取，是是是是一一一一种种种种快快快快速速速速传传传传送送送送数数数数据据据据的的的的机机机机制制制制，利利利利用用用用DMADMADMADMA方方方方式式式式进进进进行行行行数数数数据据据据存存存存取取取取时时时时不不不不需需需需要要要要CPUCPUCPUCPU进进进进行行行行干干干干预预预预，可可可可提提提提高高高高系系系系统统统统执执执执行行行行应应应应用用用用程程程程序序序序
49、的的的的效效效效率率率率。利利利利用用用用DMADMADMADMA传传传传送送送送数数数数据据据据时时时时，数数数数据据据据直直直直接接接接在在在在源源源源地地地地址址址址和目的地址之间传送，不需要中间媒介。和目的地址之间传送，不需要中间媒介。和目的地址之间传送，不需要中间媒介。和目的地址之间传送，不需要中间媒介。8.4 I/O8.4 I/O控制控制8.4.2 I/O8.4.2 I/O8.4.2 I/O8.4.2 I/O控制功能控制功能控制功能控制功能n n8.4.2 I/O8.4.2 I/O8.4.2 I/O8.4.2 I/O控制功能控制功能控制功能控制功能n n控控控控制制制制设设设设备备
50、备备I/OI/OI/OI/O工工工工作作作作的的的的核核核核心心心心模模模模块块块块通通通通常常常常称称称称为为为为设设设设备备备备驱驱驱驱动动动动程程程程序序序序。它包括三个方面的功能：它包括三个方面的功能：它包括三个方面的功能：它包括三个方面的功能：n n1.1.1.1.解释用户解释用户解释用户解释用户I/OI/OI/OI/O命令命令命令命令n n2.2.2.2.设备驱动设备驱动设备驱动设备驱动n n3.3.3.3.中断处理中断处理中断处理中断处理8.4 I/O8.4 I/O控制控制8.4.2 I/O8.4.2 I/O8.4.2 I/O8.4.2 I/O控制功能控制功能控制功能控制功能n