设备管理

概述

• I/O系统结构
  • 微机I/O
  • 主机I/O
• I/O的控制方式
  • 程序控制I/O
  • 中断驱动I/O
  • 直接存储方位I/O
  • 通道控制方式I/O
• 设备的分类
  • 按数据组织分类
    • 块设备
    • 字符设备
  • 资源分配角度
    • 独占设备
    • 共享设备
    • 虚拟设备

I/O软件的组成

• 目标
  • 设备独立性【低层软件，高层软件，提高设计效率，更新I/O设备】
  • 统一命名【所有文件和设备使用相同方法进行定位】
• 中断处理程序
  • 基本概念
    • 中断解释
    • 中断源：引起中断发生的事件
    • 中断信号：请求中断处理的信号
    • 中断响应：CPU接收到中断请求后转到相应事件处理程序
    • 禁止中断（关中断）【PSW中断允许位】，开中断
    • 中断屏蔽：中断请求产生后，系统有选择地封锁一部分中断，而允许另一部分中断仍能得到响应
  • 中断分类【处理器，内存的外部和内部】
    • 外中断
    • 内中断（陷阱，异常）（不可屏蔽）
  • 软中断：通信进程之间通过模拟硬中断而实现的一种通信方式
  • 中断处理过程
  • 设备管理程序与中断方式
• 设备驱动程序
• 与设备无关的系统软件
• 用户级软件

具有通道的设备管理

• 通道：I/O处理机，具有自己特有的指令（通道指令）
• 通道类型
  • 字节多路通道
    • 多个非分配型子通道（连接低速设备）
  • 数组选择通道
    • 一个可分配型通道（连接高速设备）
  • 数组多路通道
    • 多个非分配型子通道（连接高速设备）
• 通道命令与通道程序
• 通道的工作原理

与设备管理有关的技术

• DMA技术
  • 数据在内存和I/O设备中直接成块传送
  • 硬件条件：DMA控制器
• 缓冲技术
  • 引入缓冲技术的主要原因
    • 缓和CPU与I/O设备间速度不匹配的矛盾
    • 减少CPU中断频率，放宽对中断响应时间的限制
    • 提高CPU和I/O设备的之间的并行性
  • 管理方式
    • I/O设备→缓冲区：T；缓冲区→内存：M；数据处理计算：C
    • 单缓冲【$Max(C,T)+M$】
    • 双缓冲【$Max(C,T)$】
      • T>C：CPU不用等待设备输入
      • T<C：设备可以连续输入
    • 环形缓冲
      • Getbuf与Releasebuf
      • 系统受限计算，系统受限I/O
    • 缓冲池
      • 组成
        • 空闲缓冲区
        • 装满输入数据的缓冲区
        • 装满输出数据的缓冲区
      • 工作方式
        • 设备输入
        • CPU读入
        • 设备输出
        • CPU写出
• 总线技术
• 即插即用技术

设备管理中的数据结构

• 数据结构
  • 系统设备表（SDT）
  • 设备控制表（DCT）
  • 控制器控制表（COCT）
  • 通道控制表（CHCT）
• 设备的分配与回收
  • 静态分配，动态分配
• 设备的处理
  • 设备处理程序