电子科枚大学 软件技术基础 2.11设备管理及数据传送控制方式 主讲教师：刘民岷 航空航天学院 软件技术基础课程组
软件技术基础 2.11 设备管理及数据传送控制方式 主讲教师：刘民岷 航空航天学院 软件技术基础课程组
设备管理概述 1)设备的分类一 以便分类管理 ·按工作特性分类 -字符设备：信息以字符形式组织；AD、D/A转换； 一块设备：信息按字符块组织； ·从资源分配角度 -独占设备：慢速I/O设备；利用率低，管理简单； 一共享设备：高速大容量设备；利用率高，管理复杂； 虚拟设备：将独占设备虚拟为多台虚拟设备；有效提高设备利用 率。 电子科技大学刘民岷 设备管理及数据传送控制方式 2
电子科技大学 刘民岷 2 1、设备管理概述 设备管理及数据传送控制方式 1）设备的分类——以便分类管理 • 按工作特性分类 – 字符设备：信息以字符形式组织；A/D、D/A转换； – 块设备：信息按字符块组织； • 从资源分配角度 – 独占设备：慢速I/O设备；利用率低，管理简单； – 共享设备：高速大容量设备；利用率高，管理复杂； – 虚拟设备：将独占设备虚拟为多台虚拟设备；有效提高设备利用 率
设备管理概述（续） 2)设备管理的任务和功能 设备管理的任务 一向用户提供使用外设的方便接口，控制设备正确的完成用户的输 入输出请求； 一充分发挥设备的效能，提高CPU和设备、设备和设备之间的并行 工作程度；按一定策略分配和管理设备，保证设备高效运行。 ·设备管理的功能 -建立统一独立于设备的接口； 一按照设备类型和相应算法，进行设备的分配回收； -进行设备驱动，实现I/O操作及设备间的并行操作； -实现输入输出缓冲管理，解决CPU和慢速设备的不匹配问题； 一实现虚拟设备管理 电子科技大学刘民岷 设备管理及数据传送控制方式 3
电子科技大学 刘民岷 3 1、设备管理概述（续） 设备管理及数据传送控制方式 2）设备管理的任务和功能 • 设备管理的任务 – 向用户提供使用外设的方便接口，控制设备正确的完成用户的输 入输出请求； – 充分发挥设备的效能，提高CPU和设备、设备和设备之间的并行 工作程度；按一定策略分配和管理设备，保证设备高效运行。 • 设备管理的功能 – 建立统一独立于设备的接口； – 按照设备类型和相应算法，进行设备的分配回收； – 进行设备驱动，实现I/O操作及设备间的并行操作； – 实现输入输出缓冲管理，解决CPU和慢速设备的不匹配问题； – 实现虚拟设备管理
、数据传送控制方式 没备同内存或CPU 之间的数据交换问题 1)查询控制方式 一种CPU主动、外设被动的I/O操作方式， 解决了CPU与外设之间的同步问题； 避免了对端口的“盲读”、“盲写”， 数据传送的可靠性高，并且硬件接口相 对简单。缺点是CPU工作效率低，I/O响 应速度慢； 输入状态信息 在有多个外设的系统中，CPU的查询顺序 由外设的优先级确定。 N READY? Y 输入数据信息 电子科技大学刘民岷 设备管理及数据传送控制方式 4
电子科技大学 刘民岷 4 2、数据传送控制方式 设备管理及数据传送控制方式 设备同内存或CPU 之间的数据交换问题 1）查询控制方式 • 一种CPU主动、外设被动的I/O操作方式， 解决了CPU与外设之间的同步问题； • 避免了对端口的“盲读”、“盲写” ， 数据传送的可靠性高，并且硬件接口相 对简单。缺点是CPU工作效率低，I/O响 应速度慢; • 在有多个外设的系统中，CPU的查询顺序 由外设的优先级确定。 READY? 输入状态信息 输入数据信息 Y N
数据传送控制方式 没备同内存或CPU 之间的数据交换问题 2)中断控制方式 设备 CPU CPU和设备之间设中断 接收到CPU发来的 向设备发start指令， 请求线，设备控制器的 start指令 将中断允许位置1 状态寄存器设相应中断 位； 准备数据并将其 调度程序调度其 置入缓冲寄存器 他进程 。 中断方式实现CPU和外 设的并行操作； 否 其他进程执行 CPU直接控制I/O操作； 缓冲寄存器满？ 。 不宜用于大数据量的数 是 收到中断信号？ 据传送控制。 控制器发中断信号 是 中断处理 被中断进程执行 中断处理过程 电子科技大学刘民岷 设备管理及数据传送控制方式 5
电子科技大学 刘民岷 5 2、数据传送控制方式 设备管理及数据传送控制方式 设备同内存或CPU 之间的数据交换问题 2）中断控制方式 • CPU和设备之间设中断 请求线，设备控制器的 状态寄存器设相应中断 位； • 中断方式实现CPU和外 设的并行操作； • CPU直接控制I/O操作； • 不宜用于大数据量的数 据传送控制。 接收到CPU发来的 start指令 准备数据并将其 置入缓冲寄存器 缓冲寄存器满？ 控制器发中断信号 设备 否 是 向设备发start指令， 将中断允许位置1 调度程序调度其 他进程 收到中断信号？ 中断处理 CPU 否 是 其他进程执行 被中断进程执行 中断处理过程
数据传送控制方式 设备同内存或CPU 乙间的数据交换问题 3) DMA(Direct Memory Access).方式 CPU暂停使用总线，由DMA控制器占用总线进行设备和内存间的 数据交换。在数据传送期间不产生中断，无需CPU干预；数据传 送完后DMA控制器将控制权归还CPU。 主存 磁盘控制器 CPU 後冲区 图 控制状态寄存器 传送字数计数器 内存地址寄存器 系统总线 DMA控制机构 电子科技大学刘民岷 设备管理及数据传送控制方式 6
电子科技大学 刘民岷 6 2、数据传送控制方式 设备管理及数据传送控制方式 设备同内存或CPU 之间的数据交换问题 3）DMA（Direct Memory Access）方式 • CPU暂停使用总线，由DMA控制器占用总线进行设备和内存间的 数据交换。在数据传送期间不产生中断，无需CPU干预；数据传 送完后DMA控制器将控制权归还CPU。 CPU 主存 磁盘控制器 缓 冲 区 缓 冲 区 控制状态寄存器 传送字数计数器 内存地址寄存器 系统总线 DMA控制机构
数据传送控制方式 没备同内存或CPU 之间的数据交换问题 3)DMA方式下数据传送过程 ·预置DMA的寄存器：传送字数、内存起始地址； ·启动DMA传送数据块：DMA控制机构接管总线控制权，传送数 据。每送一个字，内存地址寄存器加1，传送字数寄存器减1； 数据输入进程睡眠等待DMA结束：等待Wakeup; I/O中断处理：唤醒数据输入进程； ·唤醒数据输入进程：数据输入进程进入就绪状态，等待被调度。 电子科技大学刘民岷 设备管理及数据传送控制方式 7
电子科技大学 刘民岷 7 2、数据传送控制方式 设备管理及数据传送控制方式 设备同内存或CPU 之间的数据交换问题 3）DMA方式下数据传送过程 • 预置DMA的寄存器：传送字数、内存起始地址； • 启动DMA传送数据块：DMA控制机构接管总线控制权，传送数 据。每送一个字，内存地址寄存器加1，传送字数寄存器减1； • 数据输入进程睡眠等待DMA结束：等待Wakeup； • I/O中断处理：唤醒数据输入进程； • 唤醒数据输入进程：数据输入进程进入就绪状态，等待被调度
数据传送控制方式 没备同内存或CPU 乙间的数据交换问题 4)通道方式 。 通道是一种专门控制/O的简单处理机，具有自己的简单指令系 统（通道控制字CCW),称为I/O处理机。由CCW编制成通道程序放在 内存，用于实现I/O控制。 ,通道的三级控制过程： CPU启动通道： -执行CCW:根据通道地址字CCW访问通道程序执行CCW,向设 备控制器发出I/O操作指令； -控制器执行/O操作命令，控制设备： 0 主存和设备的数据交换经通道进行，无需CPU干预；实现了多部 件并行处理，显著提高了CPU和设备的利用率。 电子科技大学刘民岷 设备管理及数据传送控制方式 8
电子科技大学 刘民岷 8 2、数据传送控制方式 设备管理及数据传送控制方式 设备同内存或CPU 之间的数据交换问题 4）通道方式 • 通道是一种专门控制I/O的简单处理机，具有自己的简单指令系 统(通道控制字CCW)，称为I/O处理机。由CCW编制成通道程序放在 内存，用于实现I/O控制。 • 通道的三级控制过程： – CPU启动通道： – 执行CCW：根据通道地址字CCW访问通道程序执行CCW，向设 备控制器发出I/O操作指令； – 控制器执行I/O操作命令，控制设备： • 主存和设备的数据交换经通道进行，无需CPU干预；实现了多部 件并行处理，显著提高了CPU和设备的利用率