1、1.引言引言 2.数据传输控制方式数据传输控制方式（重点）（重点）3.中断技术中断技术（重点）（重点）4.缓冲技术缓冲技术（重点）（重点）5.设备分配设备分配6.I/O进程控制进程控制 7.设备驱动程序设备驱动程序 第七章第七章 设备管理设备管理7.1 7.1 引言引言1.I/O设备管理的重要性设备管理的重要性2.外部设备类型和特征外部设备类型和特征3.设备管理的目的和功能设备管理的目的和功能4.外设管理结构外设管理结构1 1、I/OI/O管理的重要性管理的重要性(1)I/O设备就像计算机系统的五官和四肢设备就像计算机系统的五官和四肢(2)I/O性能成为系统性能的瓶颈性能成为系统性能的瓶颈 C
2、PU性能不等于系统性能性能不等于系统性能 CPU性能越高，与性能越高，与I/O差距越大差距越大 2 2、外部设备类型和特征、外部设备类型和特征外部设备类型外部设备类型（1）按交互对象分类按交互对象分类 人机交互设备：显示器、键盘、鼠标人机交互设备：显示器、键盘、鼠标 与计算机或其他电子设备交互的设备：磁盘与计算机或其他电子设备交互的设备：磁盘 计算机间的通信设备：网卡计算机间的通信设备：网卡（2 2）按交互方向分类按交互方向分类 输入（可读）：键盘、扫描仪输入（可读）：键盘、扫描仪 输出（可写）：显示设备、打印机输出（可写）：显示设备、打印机 输入输入/输出（可读写）：磁盘、网卡输出（可读写）
3、：磁盘、网卡2 2、外部设备类型和特征、外部设备类型和特征（3）按外设特性分类按外设特性分类 按数据传输率：按数据传输率：低速低速(如键盘如键盘)中速中速(如打印机如打印机)高速高速(如网卡、磁盘如网卡、磁盘)2 2、外部设备类型和特征、外部设备类型和特征（3）按外设特性分类按外设特性分类 信息组织特征信息组织特征 字符设备字符设备(如打印机如打印机)：通常的输入输出型设备：通常的输入输出型设备 块设备块设备(如磁盘如磁盘)：以数据块为单位存储、传输信息。：以数据块为单位存储、传输信息。2 2、外部设备类型和特征、外部设备类型和特征（4）按使用特性对外部设备的分类按使用特性对外部设备的分类2
4、2、外部设备类型和特征、外部设备类型和特征（5）从程序使用角度分类从程序使用角度分类 逻辑设备逻辑设备:用户程序中使用的设备用户程序中使用的设备 物理设备：实际完成物理设备：实际完成I/O操作的设备操作的设备2 2、外部设备类型和特征、外部设备类型和特征 （6 6）按资源分配角度分类按资源分配角度分类独占设备独占设备 在一段时间内只能有一个进程使用的设备。如在一段时间内只能有一个进程使用的设备。如打印机，磁带等。打印机，磁带等。2 2、外部设备类型和特征、外部设备类型和特征（6）按资源分配角度分类按资源分配角度分类 共享设备共享设备 在一段时间内可有多个进程共同使用的设备。在一段时间内可有多个
5、进程共同使用的设备。如硬盘。如硬盘。虚设备虚设备(虚拟独占设备）虚拟独占设备）独占设备的虚拟共享（独占设备的虚拟共享（SPOOLING)2 2、外部设备类型和特征、外部设备类型和特征 3 3 外设管理的目的和功能外设管理的目的和功能 （1）外设管理目的）外设管理目的 提高效率：提高提高效率：提高I/O访问效率，匹配访问效率，匹配CPU和多种不同处理和多种不同处理速度的外设；速度的外设；方便使用：方便用户使用；方便使用：方便用户使用；方便控制：方便方便控制：方便OS内部对设备的控制。内部对设备的控制。从设备分配的角度来看,设备分成()。独享设备A系统设备B用户设备C共享设备D虚拟设备E提交多选题
6、1分（2）设备管理功能设备管理功能 提供设备使用的用户接口：命令接口和编程接口提供设备使用的用户接口：命令接口和编程接口 设备分配和释放设备分配和释放 设备的访问和控制设备的访问和控制 I/O缓冲和调度缓冲和调度 3 3 外设管理的目的和功能外设管理的目的和功能 （3）设备管理的任务）设备管理的任务 选择和分配输入输出设备选择和分配输入输出设备 控制输入输出设备和控制输入输出设备和CPU之间数据交换之间数据交换 为用户提供一个友好的用户接口，使得用户在使用和编程时为用户提供一个友好的用户接口，使得用户在使用和编程时不需要了解硬件特性不需要了解硬件特性 完成设备和设备、完成设备和设备、CPU和设
7、备、进程和进程之间的并行操作和设备、进程和进程之间的并行操作 3 3、外设管理的目的和功能、外设管理的目的和功能 设备管理的功能包括_。设备的分配和回收A外围设备的启动及对磁盘的驱动调度B进程调度C外部设备中断处理D虚拟设备的实现E提交多选题1分5 5、外部管理结构外部管理结构User ProcessLogical I/ODevice I/OScheduling&Control(Device Driver)HardwareCommunications Architecture（1）逻辑逻辑I/O编程用户接口，提供抽象的命令，如：编程用户接口，提供抽象的命令，如：Read,Write。通信设备接
8、口。如网络协议栈；通信设备接口。如网络协议栈；文件存储设备接口。如文件系统的逻辑结构控制。文件存储设备接口。如文件系统的逻辑结构控制。5 5、外部管理结构外部管理结构（2）设备设备I/O：逻辑设备与物理设备间的过渡协调机构：逻辑设备与物理设备间的过渡协调机构 用户命令到设备操作序列的转换；用户命令到设备操作序列的转换；I/O缓冲：提高缓冲：提高I/O效率。效率。5 5、外部管理结构外部管理结构（3）调度和控制：调度和控制：直接面对硬件设备的控制细节，体现直接面对硬件设备的控制细节，体现为设备驱动程序。为设备驱动程序。并发并发I/O访问调度；访问调度；设备控制和状态维护；设备控制和状态维护；中断
9、处理。中断处理。5 5、外部管理结构外部管理结构7.2 7.2 数据传送控制方式数据传送控制方式是本章重点内容之一是本章重点内容之一 设备管理重要任务：控制设备管理重要任务：控制外部设备和内存外部设备和内存或或CPU之间之间的数据传送的数据传送 7.2 7.2 数据传送控制方式数据传送控制方式外围设备与内存间常用的数据传送控制方式：外围设备与内存间常用的数据传送控制方式：1.程序直接控制方式程序直接控制方式2.中断控制方式中断控制方式3.DMA方式方式4.通道方式通道方式评价数据传送控制方式的原则评价数据传送控制方式的原则 数据传输速度足够高，能满足用户的需要但又不丢失数据；数据传输速度足够高
10、，能满足用户的需要但又不丢失数据；系统开销小，所需的处理控制程序少；系统开销小，所需的处理控制程序少；能充分发挥硬件资源的能力，能充分发挥硬件资源的能力，使得使得I/O设备尽量忙，而设备尽量忙，而CPU等待时间少等待时间少7.2 7.2 数据传送控制方式数据传送控制方式7.2.1 7.2.1 程序直接控制方式程序直接控制方式概念：概念：I/O操作由操作由程序发起程序发起，并等待操作完成。数据的每次读，并等待操作完成。数据的每次读写通过写通过CPU。（早期控制方式）（早期控制方式）1 1、程序控制、程序控制I/OI/O处理过程处理过程2、程序直接控制方式缺点、程序直接控制方式缺点 在在外设进行数
11、据处理准备工作外设进行数据处理准备工作时，时，CPU只能等待；只能等待；CPU与外设只能串行工作与外设只能串行工作（外设在准备数据阶段（外设在准备数据阶段CPU必必须等待）；须等待）；只适用于只适用于CPU执行速度较慢，且外围设备较少的系统。执行速度较慢，且外围设备较少的系统。7.2.1 7.2.1 程序直接控制方式程序直接控制方式7.2.2 7.2.2 中断驱动方式中断驱动方式1、概念概念 I/O操作由操作由程序程序发起，在外设的数据准备工作完成时（如数发起，在外设的数据准备工作完成时（如数据可读或已经写入），据可读或已经写入），由外设向由外设向CPU发出中断发出中断，通知该程序。，通知该程
12、序。数据的每次读写通过数据的每次读写通过CPU。外设与外设与CPU有良好的通信机制。有良好的通信机制。外设在准备数据时外设在准备数据时CPU可以可以执行其它进程，提高执行其它进程，提高CPU利用率。利用率。2 2、中断控制方式的传送结构、中断控制方式的传送结构 7.2.2 7.2.2 中断驱动方式中断驱动方式3 3、中断驱动方式处理过程、中断驱动方式处理过程7.2.2 7.2.2 中断驱动方式中断驱动方式4、中断方式特点、中断方式特点（1）优点优点 在外设准备数据时，在外设准备数据时，CPU不必等待不必等待，可以继续执行该程序或，可以继续执行该程序或其他程序。其他程序。（2）缺点缺点 CPU每
13、次处理的数据量少，只适于数据传输率较低的设备。每次处理的数据量少，只适于数据传输率较低的设备。7.2.2 7.2.2 中断驱动方式中断驱动方式某操作系统中,采用中断驱动I/O控制方式,设中断时,CPU用1ms来处理中断请求,其它时间CPU完全用来计算,若系统时钟中断频率为100HZ,则,CPU的利用率为()。60%A70%B80%C90%D提交单选题1分某设备以中断方式与 CPU 进行数据交换,CPU 主频为 1 GHz,设备接口中的数据缓冲寄存器为 32 位,设备的数据传输率为40kB/s。若每次中断开销(包括中断响应和中断处理)为 2000 个时钟周期,则 CPU 用于该设备输入/输出的时
14、间占整个 CPU 时间的百分比最多是()。1%A2%B4%C10%D提交单选题1分某操作系统中,采用中断驱动I/O控制方式,设中断时,CPU用1ms来处理中断请求,其它时间CPU完全用来计算,若系统时钟中断频率为100HZ,则,CPU的利用率为()。60%A70%B80%C90%D提交单选题1分7.2.3 7.2.3 直接存储访问方式直接存储访问方式 (DMA)(DMA)1、概念概念 由由程序程序设置设置DMA控制器中的若干寄存器值控制器中的若干寄存器值（如（如内存始址、传送内存始址、传送字节数字节数），然后开始），然后开始I/O操作，进行内存与外设的操作，进行内存与外设的成批数据交换成批数据
15、交换，在操作完成时由在操作完成时由DMA控制器向控制器向CPU发出中断发出中断。7.2.3 7.2.3 直接存储访问方式直接存储访问方式 (DMA)(DMA)2、特征特征 CPU只需干预只需干预I/O操作的开始和结束，而其中的操作的开始和结束，而其中的一批数据一批数据读写读写无需无需CPU控制，适于高速设备。控制，适于高速设备。传输相同数据来说，相对于中断控制方式，传输相同数据来说，相对于中断控制方式，DMA中断次数大大中断次数大大减少。减少。3、I/O控制器结构控制器结构DataCountDataRegisterAddressRegisterControlLogicDMA RequestDM
16、A AcknowledgeInterruptReadWriteAddress LinesData Lines7.2.3 7.2.3 直接存储访问方式直接存储访问方式 (DMA)(DMA)4、DMA方式的传送结构方式的传送结构 7.2.3 7.2.3 直接存储访问方式直接存储访问方式 (DMA)(DMA)5、DMA方式的数据传送处理过程方式的数据传送处理过程 6、DMA工作原理工作原理（1）CPU存放交互数据的内存起始地址、要传送的字节数送存放交互数据的内存起始地址、要传送的字节数送入入DMA控制器的控制器的内存地址寄存器内存地址寄存器和和传送字节计数器传送字节计数器，中断允许，中断允许位和启动
17、位置成位和启动位置成1，启动设备；，启动设备；（2）发出传输要求的进程进入等待状态，执行指令被暂时挂起，）发出传输要求的进程进入等待状态，执行指令被暂时挂起，进程调度其他进程占据进程调度其他进程占据CPU；7.2.3 7.2.3 直接存储访问方式直接存储访问方式 (DMA)(DMA)6、DMA工作原理工作原理（3）输入设备不断）输入设备不断窃取窃取CPU工作周期工作周期，数据不断写入内存；，数据不断写入内存；（4）传送完毕，）传送完毕，发出中断信号（字节计数器为发出中断信号（字节计数器为0）；（5）CPU接到中断信号转入中断处理程序处理；接到中断信号转入中断处理程序处理；（6）中断处理结束，）
18、中断处理结束，CPU返回原进程或切换到新的进程。返回原进程或切换到新的进程。7.2.3 7.2.3 直接存储访问方式直接存储访问方式 (DMA)(DMA)7、窃取总线控制权窃取总线控制权（1）DMA和和CPU共享主存储器和总线，共享主存储器和总线，会出现会出现I/O处理器和处理器和CPU同时争相访问主存同时争相访问主存的情况；的情况；（2）I/O处理器和处理器和CPU规定了不同的优先顺序；通常规定了不同的优先顺序；通常CPU被被规定为最低优先级；规定为最低优先级；7.2.3 7.2.3 直接存储访问方式直接存储访问方式 (DMA)(DMA)7、窃取总线控制权窃取总线控制权（3）系统总线的使用是
19、在）系统总线的使用是在CPU控制之下的，当控制之下的，当I/O处理器要求处理器要求使用总线时，向使用总线时，向CPU发出请求总线的信号，发出请求总线的信号，CPU就把总线使用就把总线使用权暂时转让给权暂时转让给I/O处理器。处理器。7.2.3 7.2.3 直接存储访问方式直接存储访问方式 (DMA)(DMA)8、DMA执行的时机执行的时机处理器周期处理器周期处理器周期处理器周期处理器周期处理器周期指令周期取指令指令解码取操作数执行指令保存结果进程中断DMA断点中断点7.2.3 7.2.3 直接存储访问方式直接存储访问方式 (DMA)(DMA)9、DMA方式与中断方式的主要区别方式与中断方式的主
20、要区别（1）中断方式是在）中断方式是在数据缓冲寄存器满数据缓冲寄存器满后，发中断请求，后，发中断请求，CPU进行中断处理进行中断处理;（2）DMA方式则是在方式则是在所要求传送的数据块全部传送结束时所要求传送的数据块全部传送结束时要求要求CPU进行中断处理，中间只是暂停一个进行中断处理，中间只是暂停一个CPU周期。周期。7.2.3 7.2.3 直接存储访问方式直接存储访问方式 (DMA)(DMA)9、DMA方式与中断方式的主要区别方式与中断方式的主要区别（3）大大）大大减少了减少了CPU进行中断处理的次数进行中断处理的次数；（4）中断方式的数据传送是由）中断方式的数据传送是由CPU控制完成的；
21、控制完成的；（5）DMA方式则是在方式则是在DMA控制器的控制下不经过控制器的控制下不经过CPU控制控制完成的，因此避免了因速度不匹配而造成数据丢失的现象。完成的，因此避免了因速度不匹配而造成数据丢失的现象。（DMA硬件比较复杂）。硬件比较复杂）。7.2.3 7.2.3 直接存储访问方式直接存储访问方式10、DMA特点特点（1）优点：优点：CPU只需干预只需干预I/O操作的开始和结束，而其中操作的开始和结束，而其中的一批数据读写无需的一批数据读写无需CPU控制，适于高速设备。控制，适于高速设备。（2）缺点缺点：对外围设备的管理和操作仍由：对外围设备的管理和操作仍由CPU控制；多个控制；多个DM
22、A控制器的同时使用会引起内存地址的冲突。控制器的同时使用会引起内存地址的冲突。7.2.3 7.2.3 直接存储访问方式直接存储访问方式 11 11、DMADMA工作示例（硬盘为例）工作示例（硬盘为例）（1）CPU工作原理工作原理 被读取块的磁盘地址被读取块的磁盘地址 目标存储地址目标存储地址 待读取字节数待读取字节数 整块数据读进缓冲区整块数据读进缓冲区 核准校验核准校验 11 11、DMADMA工作示例（硬盘为例）工作示例（硬盘为例）（2）控制器工作原理控制器工作原理控制器按照指定内存地址，把第一个字节送入主存；控制器按照指定内存地址，把第一个字节送入主存；按指定字节数进行数据传送；按指定字
23、节数进行数据传送；每当传送一个字节后，字节计数器值减每当传送一个字节后，字节计数器值减1，直到字节计，直到字节计数器等于数器等于0；此时，控制器引发中断，通知操作系统进一步处理。此时，控制器引发中断，通知操作系统进一步处理。11 11、DMADMA工作示例（硬盘为例）工作示例（硬盘为例）系统将数据从磁盘读到内存的过程包括以下操作:1)DMA控制器发出中断请求2)初始化DMA控制器并启动磁盘3)从磁盘传输一块数据到内存缓冲区4)执行“DMA结束”中断服务程序正确的执行顺序是()。3 1 2 4 A2 3 1 4 B2 1 3 4 C1 2 4 3 D提交单选题1分7.2.4 7.2.4 通道控制
24、方式通道控制方式1.通道（通道（I/O处理机）定义处理机）定义 专门用于输入输出的设备，配置低速率的专门用于输入输出的设备，配置低速率的CPU，能够执行输入输出指令能够执行输入输出指令。7.2.4 7.2.4 通道控制方式通道控制方式2、特点特点（1）配有专用处理机：可执行输入输出程序的、只负责外部）配有专用处理机：可执行输入输出程序的、只负责外部设备与内存直接交换数据的；设备与内存直接交换数据的；（2）负责）负责外部设备与内存之间外部设备与内存之间的数据传送的的数据传送的一切一切工作；工作；（3）CPU只命令只命令I/O处理机处理机执行执行主存中的主存中的I/O程序程序。当整个。当整个I/O
25、程序执行完成后，程序执行完成后，CPU被中断。被中断。通道是一种_。保存I/O信息的部件A传输信息的电子线路B专用处理机C通用处理机D可与CPU并行工作的一种处理机E提交多选题1分3、通道指令通道指令（1）引入目的：通道控制方式中，引入目的：通道控制方式中，CPU不用向通道控制器不用向通道控制器传送字节数和内存起始地址传送字节数和内存起始地址给相关寄存器；给相关寄存器；（2）通道指令内容：被交换数据的内存地址、传送方向、通道指令内容：被交换数据的内存地址、传送方向、数据块长度、被控制数据块长度、被控制I/O设备的地址信息、特征信息等设备的地址信息、特征信息等7.2.4 7.2.4 通道控制方式
26、通道控制方式3、通道指令通道指令（3）格式格式组成内容：组成内容：操作码操作码（读、写或控制）、（读、写或控制）、通道指令结束标志通道指令结束标志、记录结束标志记录结束标志、计数段（数据块长度）、内存地址段。、计数段（数据块长度）、内存地址段。通道指令实例通道指令实例 write 0 0 250 1850；write 1 1 250 720；7.2.4 7.2.4 通道控制方式通道控制方式面是一段简单的通道程序,则四个选项中叙述不正确的是()。该段通道程序包括六条、两类通道指令A这些指令涉及的数据内存地址有相邻接的地方B该段通道程序共处理了5条记录C单记录最大为230个字节D提交单选题1分4.
27、引入通道的目的与优点引入通道的目的与优点（1）目的目的 为了使为了使CPU从从I/O事务中解脱出来，同时为了提高事务中解脱出来，同时为了提高CPU与设与设备，设备与设备之间的并行工作备，设备与设备之间的并行工作能力。能力。（2）优点优点 执行一个通道程序可以完成执行一个通道程序可以完成多批多批I/O操作操作。7.2.4 7.2.4 通道控制方式通道控制方式下列属于“通道”特征的是 _。负责数据输入输出工作A可以与CPU并行工作B比CPU工作速度快C一个通道可连接多个控制器D是一种软件E提交多选题1分利用通道实现了()之间数据的快速传输。CPU和外设A内存和CPUB内存和外设C外设和外设D提交单
28、选题1分5 5、通道方式的数据传送结构通道方式的数据传送结构 6、DMA和通道数据传输方式区别和通道数据传输方式区别（1）DMA：数据的传输方向、存放数据的内存地址和传送的：数据的传输方向、存放数据的内存地址和传送的数据块长度由数据块长度由CPU控制；控制；（2）通道方式：数据的传输方向、存放数据的内存地址和传送）通道方式：数据的传输方向、存放数据的内存地址和传送的数据块长度由通道本身完成；的数据块长度由通道本身完成；（3）DMA控制器只能控制一台控制器只能控制一台DMA设备，而一个通道控制器设备，而一个通道控制器可以控制多个通道设备。可以控制多个通道设备。7.2.4 7.2.4 通道控制方式
29、通道控制方式在下面的I/O控制方式中,需要CPU干预最少的方式是()。程序I/O方式A中断驱动I/O控制方式B直接存储器访问DMA控制方式CI/O通道控制方式D提交单选题1分为了实现CPU与外部设备间最大的并行性,应采用()。中断技术A共享设备B通道设备C缓冲设备D提交单选题1分7.通道分类通道分类（1）选择通道：可以连接多个外设，而一次只能访问其中）选择通道：可以连接多个外设，而一次只能访问其中一个外设，一个外设，不能并发，类似于临界资源工作方式不能并发，类似于临界资源工作方式；（2）成组多路通道：可以并发访问多个外设，同时连接多）成组多路通道：可以并发访问多个外设，同时连接多个中速块设备；
30、个中速块设备；（3）字节多路通道：多个字符设备）字节多路通道：多个字符设备7.2.4 7.2.4 通道控制方式通道控制方式7.通道分类通道分类（1)字节多路通道字节多路通道 字节多路通道以字节为单位传输信息；字节多路通道以字节为单位传输信息；连接以字节为单位的低速连接以字节为单位的低速I/O设备。如打印机，终端；设备。如打印机，终端；可并发工作。可并发工作。7.2.4 7.2.4 通道控制方式通道控制方式 字节多路通道的工作原理字节多路通道的工作原理 字节多路通道的工作原理字节多路通道的工作原理 7.通道分类通道分类（2)选择通道（不能并发）选择通道（不能并发）工作特点：选择通道是以成组方式工
31、作的，每次传送工作特点：选择通道是以成组方式工作的，每次传送一批数据一批数据，传送速度很高。选择通道在一段时间内只能执行一个通道程序，传送速度很高。选择通道在一段时间内只能执行一个通道程序，只允许一台设备进行数据传输。只允许一台设备进行数据传输。当这台设备数据传输完成后，再选择与通道连接的另一台设当这台设备数据传输完成后，再选择与通道连接的另一台设备，执行它的相应的通道程序。备，执行它的相应的通道程序。7.2.4 7.2.4 通道控制方式通道控制方式7.通道分类通道分类（2)选择通道（不能并发）选择通道（不能并发）选择通道选择通道7.2.4 7.2.4 通道控制方式通道控制方式7.通道分类通道
32、分类（3）成组多路通道成组多路通道工作特点：工作特点：结合了选择通道传送速度高和字节多路通道能进行分时并行结合了选择通道传送速度高和字节多路通道能进行分时并行操作的优点；操作的优点；它先为一台设备执行一条通道指令，然后自动转接，为另一它先为一台设备执行一条通道指令，然后自动转接，为另一台设备执行一条通道指令。台设备执行一条通道指令。7.2.4 7.2.4 通道控制方式通道控制方式8、通道硬件结构通道硬件结构7.2.4 7.2.4 通道控制方式通道控制方式 9、通道、控制器与外设关系通道、控制器与外设关系 一个通道可连接多个控制器，一个控制器可连接多个设备，一个通道可连接多个控制器，一个控制器可
33、连接多个设备，形成树形交叉连接形成树形交叉连接7.2.4 7.2.4 通道控制方式通道控制方式9 9、设备、控制器、通道、内存之间的关系设备、控制器、通道、内存之间的关系（1 1）单通道）单通道I/OI/O系统系统 7.2.4 7.2.4 通道控制方式通道控制方式9 9、设备、控制器、通道、内存之间的关系、设备、控制器、通道、内存之间的关系（2 2）多通道）多通道I/OI/O系统，交叉连接系统，交叉连接 7.2.4 7.2.4 通道控制方式通道控制方式10.通道控制方式数据输入处理过程通道控制方式数据输入处理过程（1）当进程要求设备输入数据时，）当进程要求设备输入数据时，CPU发发Start指
34、令指明指令指明I/O操作、设备号和对应通道；操作、设备号和对应通道；（2）对应通道接收到）对应通道接收到CPU发来的启动指令发来的启动指令Start之后，把存放之后，把存放在内存中的通道指令程序读出，设置对应设备的在内存中的通道指令程序读出，设置对应设备的I/O控制器中控制器中的控制状态寄存器；的控制状态寄存器；7.2.4 7.2.4 通道控制方式通道控制方式10.通道控制方式数据输入处理过程通道控制方式数据输入处理过程（3）设备根据通道指令的要求，把数据送往内存中指定区域；）设备根据通道指令的要求，把数据送往内存中指定区域；（4）若数据传送结束，）若数据传送结束，I/O控制器控制器通过中断请
35、求线发出中断信通过中断请求线发出中断信号请求号请求CPU做中断处理；做中断处理；（5）中断处理结束后）中断处理结束后CPU返回被中断进程处继续执行。返回被中断进程处继续执行。7.2.4 7.2.4 通道控制方式通道控制方式下列()不是磁盘设备的特点。传输速率较高,以数据块为传输单位A一段时间内只允许一个用户(进程)访问BI/O控制方式常采用DMA方式C可以寻址,随机地读/写任意数据块D提交单选题1分7.3 7.3 中断技术中断技术1.中断的基本概念中断的基本概念2.中断的分类和优先级中断的分类和优先级3.软中断软中断4.中断处理过程中断处理过程7.3.1 7.3.1 中断处理概念中断处理概念1
36、、中断概念中断概念 指计算机在执行期间，系统内发生任何非寻常的或非预期的指计算机在执行期间，系统内发生任何非寻常的或非预期的紧急处理事件，使得紧急处理事件，使得CPU暂时中断当前正在执行的程序而转去暂时中断当前正在执行的程序而转去执行相应的事件处理程序执行相应的事件处理程序，待处理完毕后又返回原来被中断处，待处理完毕后又返回原来被中断处继续执行或调度新的进程执行的过程。继续执行或调度新的进程执行的过程。7.3.1 7.3.1 中断处理概念中断处理概念2、专业名词专业名词（1）中断源：引起中断发生的事件；）中断源：引起中断发生的事件；（2）中断请求：中断源向）中断请求：中断源向CPU发出的请求中
37、断处理信号；发出的请求中断处理信号；（3）中断响应：）中断响应：CPU收到中断请求后转相应的事件处理程序。收到中断请求后转相应的事件处理程序。7.3.1 7.3.1 中断处理概念中断处理概念2、相关专业名词相关专业名词（4）禁止中断：将）禁止中断：将CPU内部的内部的处理机状态字处理机状态字PSW的中断允许的中断允许位清除，从而不允许位清除，从而不允许CPU响应中断，所以又称为关中断；响应中断，所以又称为关中断；（5）开中断：设置中断允许位，或称为打开中断允许位）开中断：设置中断允许位，或称为打开中断允许位7.3.1 7.3.1 中断处理概念中断处理概念2、相关专业名词相关专业名词（6）中断屏
38、蔽：指在中断请求产生后，系统用软件方式有）中断屏蔽：指在中断请求产生后，系统用软件方式有选择地封闭部分中断而允许其余部分的中断仍能得到响应；选择地封闭部分中断而允许其余部分的中断仍能得到响应；最高优先级的中断最高优先级的中断不管计算机处理何种状态，必须能够立不管计算机处理何种状态，必须能够立即响应的，例如电源中断，机器必须及时响应，无法中断。即响应的，例如电源中断，机器必须及时响应，无法中断。7.3.2 7.3.2 中断的分类和优先级中断的分类和优先级3、中断分类中断分类（1）外中断：所有外围设备（除了）外中断：所有外围设备（除了CPU和内存）产生的中断；和内存）产生的中断；（2）内中断：由）
39、内中断：由CPU和内存产生的中断。例如系统调用和内存产生的中断。例如系统调用4、外中断和内中断区别、外中断和内中断区别（1）内中断通常由）内中断通常由处理机正在执行的现行指令处理机正在执行的现行指令引起，而外中引起，而外中断则是由与现行指令无关的中断源引起；断则是由与现行指令无关的中断源引起；（2）内中断处理程序提供的服务为当前进程所用，而外中断）内中断处理程序提供的服务为当前进程所用，而外中断处理程序提供的服务则不是；处理程序提供的服务则不是；7.3.2 7.3.2 中断的分类和优先级中断的分类和优先级4、外中断和内中断区别、外中断和内中断区别（3）CPU在响应完一条指令之后，下一条指令开始
40、之前响在响应完一条指令之后，下一条指令开始之前响应外中断，而在一条指令执行中可以响应内中断。应外中断，而在一条指令执行中可以响应内中断。7.3.2 7.3.2 中断的分类和优先级中断的分类和优先级7.3.2 7.3.2 中断的分类和优先级中断的分类和优先级5、中断优先级中断优先级（1）CPU的处理机状态字的处理机状态字PSW动态设置优先级；动态设置优先级；（2）中断源请求能否得到响应取决于和）中断源请求能否得到响应取决于和PSW的优先级比较，的优先级比较，高于则能做出响应。高于则能做出响应。7.3.3 7.3.3 中断处理过程中断处理过程7.3.4 7.3.4 中断处理具体过程中断处理具体过程
41、1、CPU检查相应中断条件是否满足；检查相应中断条件是否满足；2、如果、如果CPU响应中断，则响应中断，则CPU关中断关中断，使其进入不可再次，使其进入不可再次响应中断的状态；响应中断的状态；3、保存被中断进程现场；、保存被中断进程现场；7.3.4 7.3.4 中断处理具体过程中断处理具体过程4、分析中断原因，调用中断处理子程序；、分析中断原因，调用中断处理子程序；5、执行中断处理子程序；、执行中断处理子程序；6、退出中断，恢复被中断进程的现场或调度新进程占据处理机；、退出中断，恢复被中断进程的现场或调度新进程占据处理机；7、开中断、开中断，CPU继续执行。继续执行。从从CPUCPU处理角度描
42、述中断处理处理角度描述中断处理I/OI/O请求请求 7.4 7.4 缓冲技术（重点）缓冲技术（重点）缓冲区缓冲区CPU外设外设引入缓冲目的：引入缓冲目的：在在CPU和外设之间设置缓冲区，用于暂存和外设之间设置缓冲区，用于暂存CPU与外设之间交换的数据，从而缓和与外设之间交换的数据，从而缓和CPU与外设速度不匹与外设速度不匹配的矛盾。配的矛盾。7.4.1 7.4.1 引言引言1、缓冲区概念缓冲区概念 是指在是指在内存或其它存储区内存或其它存储区中开辟一块存储空间，用于缓冲中开辟一块存储空间，用于缓冲CPU和外设待处理的数据。和外设待处理的数据。2、缓冲技术功能缓冲技术功能（1）匹配）匹配CPU或
43、用户应用进程与外设的不同处理速度；或用户应用进程与外设的不同处理速度；（2）减少对）减少对CPU的中断次数；的中断次数；（3）提高）提高CPU和和I/O设备之间以及各个设备之间以及各个I/O设备之间的处理并行设备之间的处理并行性。性。7.4.1 7.4.1 引言引言3、缓冲区的位置缓冲区的位置内存、控制器存储区和外设存储区。内存、控制器存储区和外设存储区。（1）硬件缓冲区。如）硬件缓冲区。如I/O控制器中的数据缓冲寄存器控制器中的数据缓冲寄存器;（2）软件缓冲区。在内存画出一个具有）软件缓冲区。在内存画出一个具有n个单元的专用缓冲区。个单元的专用缓冲区。7.4.1 7.4.1 引言引言4、缓冲
44、区为进程提供服务过程缓冲区为进程提供服务过程（1）进程在对某个设备提出）进程在对某个设备提出I/O请求前，先请求分配一个缓冲请求前，先请求分配一个缓冲区，然在再在设备区，然在再在设备I/O请求队列中排队；请求队列中排队；（2）当设备为该进程的）当设备为该进程的I/O请求服务时，设备并不需要进程一请求服务时，设备并不需要进程一定在主存中，因为只向该进程的缓冲区中传送数据；定在主存中，因为只向该进程的缓冲区中传送数据；7.4.1 7.4.1 引言引言4、缓冲区为进程提供服务过程缓冲区为进程提供服务过程（3）数据传送完成后，中断处理程序唤醒该进程，将）数据传送完成后，中断处理程序唤醒该进程，将缓冲区
45、中的数据读入进程在主存的地址空间中进行处理。缓冲区中的数据读入进程在主存的地址空间中进行处理。7.4.1 7.4.1 引言引言CPU输出数据的速度远远超过打印机的打印速度,影响程序执行速度,为解决这一问题,可以采用()。通道技术A虚拟存储器B并行技术C缓冲技术D提交单选题1分7.4.2 7.4.2 缓冲的种类缓冲的种类缓冲类型（根据大小划分）缓冲类型（根据大小划分）（1）单缓冲）单缓冲(single buffer)：一个缓冲区，：一个缓冲区，CPU和外设轮流和外设轮流使用，一方处理完之后接着等待对方处理。使用，一方处理完之后接着等待对方处理。（2）双缓冲）双缓冲(double buffer)：
46、两个缓冲区，：两个缓冲区，CPU和外设都和外设都可以连续处理而无需等待对方。要求可以连续处理而无需等待对方。要求CPU和外设的速度相和外设的速度相近。近。7.4.2 7.4.2 缓冲的种类缓冲的种类缓冲类型（根据大小划分）缓冲类型（根据大小划分）（3）多缓冲）多缓冲(circular buffer)：多个缓冲区，：多个缓冲区，CPU和外设的和外设的处理速度可以相差较大；处理速度可以相差较大；（4）缓冲池）缓冲池：把多个缓冲区连接起来统一管理，该缓冲区：把多个缓冲区连接起来统一管理，该缓冲区既可以用于输入也可用以输出。既可以用于输入也可用以输出。7.4.2 7.4.2 缓冲的种类缓冲的种类1单缓
47、冲单缓冲(Single Buffer)（1）数据块处理事件计算数据块处理事件计算 假定从磁盘把一块数据输入到缓冲区的时间为假定从磁盘把一块数据输入到缓冲区的时间为T，将该缓，将该缓冲区中的数据传送到用户区的时间为冲区中的数据传送到用户区的时间为M，CPU对这一块数对这一块数据处理的时间为据处理的时间为C。7.4.2 7.4.2 缓冲的种类缓冲的种类单缓冲工作示意图 工作区处理(C)缓冲区传送(M)输入(T)I/O设备(a)T1M1C1T2M2C2T3M3C3T4t(b)用户进程7.4.2 7.4.2 缓冲的种类缓冲的种类1单缓冲单缓冲(Single Buffer)（1）数据块处理事件计算数据块
48、处理事件计算 由于由于T和和C是可以并行工作的。当是可以并行工作的。当TC时，系统对每一块数据时，系统对每一块数据的处理时间为的处理时间为M+T，反之则为，反之则为M+C，故可把系统对每一块数，故可把系统对每一块数据的处理时间表示为据的处理时间表示为Max(C,T)+M，最后一个数据块除外。最后一个数据块除外。n个数据块所需时间个数据块所需时间:(n-1)*Max(C，T)+M+(T+M+C)7.4.2 7.4.2 缓冲的种类缓冲的种类2双缓冲双缓冲（1）工作特点：在设备输入时，先将数据送入第一缓冲区，工作特点：在设备输入时，先将数据送入第一缓冲区，装满后便转向第二缓冲区。此时操作系统可以从第
49、一缓冲区装满后便转向第二缓冲区。此时操作系统可以从第一缓冲区中移出数据，并送入用户进程，接着由中移出数据，并送入用户进程，接着由CPU对数据进行处理。对数据进行处理。7.4.2 7.4.2 缓冲的种类缓冲的种类7-12双缓冲工作示意图 工作区用户进程缓冲区1缓冲区2I/O 设备T1(缓冲1)M1C1M2C2M3C3T2(缓冲2)T3(缓冲3)M4C4T4(缓冲4)(a)(b)9.4.2 9.4.2 缓冲的种类缓冲的种类2双缓冲双缓冲(Double Buffer)（2）数据块处理时间计算。数据块处理时间计算。在双缓冲时，除了最后一个数据块之外，系统处理一块数据的时间在双缓冲时，除了最后一个数据块
50、之外，系统处理一块数据的时间可以粗略地认为是可以粗略地认为是Max(C+M，T)。如果。如果C+MT，则可使，则可使CPU不必等待设备输入。不必等待设备输入。处理处理n批数据的总时间：批数据的总时间：(n-1）*Max(C+M,T)+（T+M+C)7.4.2 7.4.2 缓冲的种类缓冲的种类某文件占10个磁盘块,现要把该文件磁盘块逐个读入主存缓冲区,并送用户区进行分析。假设一个缓冲区与一个磁盘块大小相同,把一个磁盘块读入缓冲区的时间为100s,将缓冲区的数据传送到用户区的时间是50s,CPU对一块数据进行分析的时间为50s。在单缓冲区和双缓冲区结构下,读入并分析该文件的时间分别是()。1500
