大工21春《操作系统概论》复习资料十三
《操作系统概论》辅导资料十三主 题：第5章设备管理（第1—2节）学习时间：2020年6月22日--6月28日“不忘初心、牢记使命”主题理论学习：我们党要始终成为时代先锋、民族脊梁，始终成为马克思主义执政党，自身必须始终过硬。全党要更加自觉地坚定党性原则，勇于直面问题，敢于刮骨疗毒，消除一切损害党的先进性和纯洁性的因素，清除一切侵蚀党的健康肌体的病毒，不断增强党的政治领导力、思想引领力、群众组织力、社会号召力，确保我们党永葆旺盛生命力和强大战斗力。
摘选自《决胜全面建成小康社会，夺取新时代中国特色社会主义伟大胜利》内 容：
第5章设备管理
这周我们将学习课件第5章中的第1—2节，下面整理出的理念框架供同学们学习。
本篇的基本要求：
1．掌握计算机设备的分类
2. 掌握输入/输出控制方式
重点掌握内容：
1. 计算机设备分类
2. 通道的定义与类型5.1输入输出系统
一、计算机设备分类
计算机的设备种类繁多，其特性差异也很大，可以从不同角度进行分类。
1．按信息传输速率分类
（1）低速设备：
每秒传输信息仅几个字节至数百个字节，如键盘、鼠标和语音输入设备等。
/
（2）中速设备：
每秒传输信息数千个字节至数万个字节，如各种打印机。
/
（3）高速设备：
信息传输速率在每秒数十万个字节以上，如闪存、磁盘机、光盘机和磁带机等。
/
2．按信息交换单位分类
(1)字符设备：键盘、显示终端、打印机
// (2)块设备：磁盘、磁带
3．按设备属性分类
独占设备：大多数低速字符设备，如交互终端、打印机、扫描仪等就属于独占设备。
共享设备：磁盘是共享设备的典型代表
虚拟设备:局域网中提供给多个用户共享的打印机就是使用虚拟设备的例子
4．按使用特性分类
（1）存储设备用来存储程序和数据，如磁盘、磁带、光盘、闪存等。
（2）输入/输出设备
输入设备:键盘、鼠标、扫描仪等
输出设备:显示器、打印机、绘图仪等二、设备控制器
设备控制器是位于I/O设备与CPU之间的电子部件，其主要职责是控制一个或多个I/O设备，实现设备与计算机存储器之间的数据交换。设备控制器在I/O设备与CPU之间起着接口作用，它接收来自CPU的命令，并根据收到的命令控制I/O设备完成具体的输入/输出操作，以便将CPU从繁琐的设备控制事务中解脱出来。
有了设备控制器，在进行输入/输出时，当CPU向设备控制器发出一条命令后，它便可以转向其他工作，而具体输入/输出操作在设备控制器的控制下自行完成，命令执行完毕后，再由设备控制器发出一个中断信号，通知操作系统重新获得CPU的控制权以便进行进一步处理。
① 作用：控制设备机械部分动作。一个控制器可以控制一个或多个设备。
/
② 形式：一个印刷电路板。
③ 连接：有一个插座，通过电缆与设备相连。控制器本身连接到计算机总线上。
三、通道
为了进一步减少CPU对输入/输出的干预，在大、中型计算机的CPU与设备控制器之间增添了新的控制部件——通道。
通道又称为I/O处理器，其职责是专门负责控制输入/输出工作。通道具有自己的指令系统，通过运行由通道指令构成的通道程序控制I/O设备完成复杂的输入/输出操作。
通道是一种特殊的处理机，它与一般处理机的不同之处是：通道指令比较简单，类型单一，通常只有数据传输指令和设备控制指令，每条指令一般只能实现一种功能；一般通道没有自己的内存，通道程序存放在主机的内存中，即通道与CPU共享内存。
系统对输入/输出操作实施三级控制
第一级：CPU执行I/O指令，启动或停止通道运行，查询通道状态；
第二级：通道接收I/O指令后，执行通道程序，向设备控制器发出命令；
第三级：设备控制器根据通道发来的命令控制设备完成输入/输出操作。
/
通道类型
（1）字节多路通道
这是一种按字节交叉方式工作的通道，存在多个子通道，每个子通道连接一台I/O设备的控制器，并控制该设备完成输入/输出操作。这些子通道按时间片轮转方式共享主通道，当第一个子通道控制其设备完成一个字节的输入/输出后，立即让出主通道供第二个子通道使用；当第二个子通道控制其设备完成一个字节的输入/输出后，立即让出主通道供第三个子通道使用；依此类推；当所有子通道轮转一周后，又重新从第一个子通道开始新一轮循环。
字节多路通道以字节为信息传输单位，主要用于连接大量低速外围设备，如终端、软盘驱动器、打印机、卡片机等。只要字节多路通道扫描每个子通道的速度足够快，而连接到子通道上的设备速度不是太高时，便不致丢失信息。
（2）数组选择通道
字节多路通道不适于连接高速设备，而数组选择通道以数据块为信息传送单位，因此信息传输速率很高，主要用于连接高速外围设备，如磁盘机、磁带机等。
数组选择通道虽然可以连接多台设备，但由于它只含有一个分配型子通道，在一段时间内只能运行一个通道程序，控制一台设备进行数据传输，因此一段时间内它只能“选择”为一台设备服务。
当通道被某台设备占用后，即使无数据传输，通道被空闲，也不允许其他设备使用该通道，直至占有通道的设备释放通道为止。数组选择通道的利用率很低。
（3）数组多路通道
将数组选择通道传输速率高与字节多路通道能使各子通道（设备）分时并行操作的优点相结合而形成的一种新通道类型。
数组多路通道有多个子通道，每个子通道连接一台设备，子通道以分时轮转方式共享主通道，当某个子通道连通主通道时，一次可以完成一组数据传送。
数组多路通道既具有传送速率高的优点，也具有可以同时管理多台设备输入/输出的优点。数组多路通道主要用来连接中速块设备，如磁带机等。5.2输入/输出控制方式
随着计算机技术的发展，输入/输出控制方式也在不断发展，从早期的程序直接输入/输出控制方式逐渐发展出了中断输入/输出控制方式、DMA输入/输出控制方式和通道输入/输出控制方式。
输入/输出控制方式的整个发展过程始终贯穿着一条宗旨：尽量减少CPU对输入/输出操作的干预，将CPU从繁忙的输入/输出任务中解脱出来，以便它有更多时间去完成数据处理任务。
1.直接输入/输出控制方式又称为查询方式或忙—等待方式，主要应用在早期的计算机系统中。
早期的计算机系统中无中断机构，CPU对I/O设备的控制只能由程序直接控制。所谓程序直接输入/输出控制指在输入/输出过程中，CPU会一直不断地用测试指令检查I/O设备的状态，确定外围设备准备好后才在设备与内存之间传送数据。
该控制方式存在问题：
（1）一旦启动设备，CPU便要不断循环查询设备的状态，要暂时停止其他进程执行。
（2）不间断查询设备状态浪费了大量CPU时间，降低了CPU的利用率。
（3）在程序直接控制方式下CPU和设备是串行工作，外围设备的利用率低。
2. 在中断输入/输出控制方式下，设备输入/输出数据过程无需CPU干预，于是CPU与设备可以并行工作。仅当设备完成一个数据输入/输出时，才需要CPU花费很短的时间去做些中断处理。
与程序直接输入/输出控制方式相比，中断输入/输出控制方式极大地提高了CPU和设备的利用率。
3.中断输入/输出控制方式消除了程序直接输入/输出控制方式的重复测试，但数据输入/输出仍以字（字节）为单位，即设备每完成一个字（字节）输入/输出后，控制器便要向CPU请求一次中断。
存储器与设备控制器之间转送数据仍需要CPU干预。尽管这种控制方式可以满足低速字符设备的输入/输出要求，但用于块设备的输入/输出却十分低效。例如，若要从磁盘中读出1KB的数据块，则要中断1K次。对块设备的输入/输出，应采用DMA（直接存储器访问）输入/输出控制方式。
DMA输入/输出控制方式进一步减少了CPU对输入/输出过程的干预，从每传输一个字（字节）干预一次减少到每传输一个数据块干预一次。
DMA输入/输出控制方式特点：
（1）数据传输的基本单位是数据块，即在CPU与I/O设备之间，每次传送至少一个数据块
（2）DMA控制器获得总线控制权，直接与内部存储器进行数据交换，CPU不介入数据传输事宜；
（3）仅在数据块传送的开始和结束时CPU才进行干预
DMA方式较之中断驱动方式，又是成百倍地减少了CPU对I/O的干预，进一步提高了CPU与I/O设备的并行操作程度。
4.I/O通道方式是DMA方式的发展，它可进一步减少CPU的干预，即把对一个数据块的读(或写)为单位的干预，减少为对一组数据块的读(或写)及有关的控制和管理为单位的干预。同时可实现CPU、通道和I/O设备三者的并行操作，从而更有效地提高整个系统的资源利用率。
例如，当CPU要完成一组相关的读(或写)操作及有关控制时，只需向I/O通道发送一条I/O指令，以给出其所要执行的通道程序的首址和要访问的I/O设备，通道接到该指令后，通过执行通道程序便可完成CPU指定的I/O任务。重要考点
一、名词解释
1.设备控制器：位于I/O设备与CPU之间的电子部件，其主要职责是控制一个或多个I/O设备，实现设备与计算机存储器之间的数据交换。
2.通道：又称为I/O处理器，其职责是专门负责控制输入/输出工作。二、单选题
1、通道主要是用于实现（ ）之间的信息传输。
A．主存与外设
B．CPU与外设
C．主存与Cache
D．CPU与Cache
答案：A
解析：计算机系统中传送信息和数据的装置。主要有主存储器读写通道和输入、输出通道。能接收中央处理机的命令，独立执行通道程序，协助中央处理机控制与管理外部设备。一个独立于CPU的专门I/O控制的处理机，控制设备与内存直接进行数据交换。它有自己的通道命令，可由CPU执行相应指令来启动通道，并在操作结束时向CPU发出中断信号。通道指令的格式一般由：操作码，记数段，内存地址段，结束标志组成。 一个系统中可设立三种类型的通道：字节多路通道、数组多路通道、选择通道。
2、在大型机的结构中，通道是一种()。
A．I/O端口
B．运算器
C．I/O处理器
D．软件工具
答案：C
南开答案可以联系QQ 761296021
页:
[1]