操作系統第5章設備管理(1)-資料下載頁

　　

【正文】 em DMA方式 ?DMA控制器的組成 ?主機與 DMA控制器的接口 ? DMA控制器與塊設備的接口 ? I/O控制邏輯 2/1/2023 56 Operating System DMA方式 ?DMA控制器中四類寄存器 ?命令 /狀態寄存器 CR ? 接收 CPU發送的 I/O命令或有關控制信息，或設備狀態 ?內存地址寄存器 MAR ? 輸入時：數據存放到內存的 起始目標地址 ? 輸出時：存放數據由內存到設備的 內存源地址 ?數據寄存器 DR ? 暫存從設備到內存 /內存到設備的數據 ?數據計數器 DC ? 存放本次 CPU要讀或寫的字（節）數 2/1/2023 57 Operating System DMA方式 ?DMA控制器的組成 ?主機與 DMA控制器的接口 ? DMA控制器與塊設備的接口 ? I/O控制邏輯 DRMARDCCRI/O控 制邏輯161。 主機—控制器接口 控制器與塊設備接口count內存CPU命令系統總線 DMA 控制器2/1/2023 58 Operating System 3. DMA工作過程 （ 1） CPU從磁盤讀入一個數據塊時，向磁盤控制器發送一條讀命令。該命令被送到其中的命令寄存器 CR中；將發送數據的內存始址放到 MAR中；要讀的數據的字節數送入 DC中，將磁盤中的源地址送到 I/O控制邏輯上。 （ 2）啟動 DMA控制器進行數據傳送，此時 CPU可去處理其他任務。（整個數據傳送過程由 DMA控制器進行控制）。 2/1/2023 59 Operating System 3. DMA工作過程 DMA控制過程為： （ 1）當 DMA控制器已從磁盤中讀入一個字節的數據并送入數據寄存器 DR中，再挪用一個存儲器周期，將該字節傳送到 MAR所指示的內存單元中。 （ 2）對 MAR加 1，將 DC內容減 1，若減 1后， DC內容不為0，表示傳送未完，便繼續傳送下一個字節；否則，由 DMA控制器發出中斷請求。 2/1/2023 60 Operating System DMA方式 DMA方式的工作流程 設置 M AR 和 DC 初值 啟動 DMA 傳送命令 挪用存儲器周期傳 送數據字 存儲器地址增 1 字計數寄存器減 1 DC＝ 0? 請求中斷 在繼續執行用戶 程序的同時 ,準 備又一次傳送 否 是 2/1/2023 61 Operating System DMA 2/1/2023 62 Operating System DMA 2/1/2023 63 Operating System DMA 2/1/2023 64 Operating System DMA方式 ?DMA與中斷方式的主要區別 ?中斷方式在每個數據傳送完后中斷 CPU，DMA方式則是在所要求傳送的一批數據全部傳送完時中斷 CPU ?中斷方式的數據傳送時在中斷處理時由 CPU控制完成的，而 DMA則是在 DMA控制下完成的 ?DMA方式的 局限性 ：傳送方向、始址、長度等由 CPU控制，一個設備一個 DMA，成本高 2/1/2023 65 Operating System I/O控制方式 ?程序 I/O方式 ?中斷驅動 I/O方式 ?直接存儲器訪問 DMA I/O控制方式 ?I/O通道控制方式 2/1/2023 66 Operating System I/O通道控制方式 ?I/O通道控制方式的引入 ?與 DMA類似，是以內存為中心的數據交換方式 ?進一步減少了 CPU的干預，把對 一個 數據塊的讀 (或寫 )為單位的干預，減少為對 一組 數據塊的讀 (或寫 )及有關的控制和管理為單位的干預 ?一個通道控制多臺設備 ?CPU僅在 I/O操作的開始和結束時花費少量時間處理與 I/O有關的工作 ?可實現 CPU、 通道 和 I/O設備 三者的 并行操作 ，從而更有效地提高整個系統的資源利用率 2/1/2023 67 Operating System I/O通道控制方式 ?通道程序 ?操作碼 ? 規定指令所執行的操作，如讀、寫、控制等 ?內存地址 ? 標明字符送入內存或從內存取出的內存首址 ?計數 ? 本條指令所要讀 /寫的字節數 ?通道程序結束位 ? 表示通道程序是否結束， P=1表示結束 ?記錄結束標志 ? R=0，表示本指令與下一指令處理同一個記錄 ? R=1，表示處理某記錄的最后一條指令 2/1/2023 68 Operating System I/O通道控制方式 操作 P R 計數 內存地址 WRITE 0 0 80 813 WRITE 0 0 140 1034 WRITE 0 1 60 5830 WRITE 0 1 300 2023 WRITE 0 0 250 1850 WRITE 1 1 250 720 2/1/2023 69 Operating System 3. “瓶頸”問題 通道價格昂貴 ， 通道數量勢必較少 ， 往往使它成為 I/O的瓶頸 ， 進而造成整個系統吞吐量的下降 。 2/1/2023 70 Operating System 3. “瓶頸”問題 圖 54 單通路 I/O系統 設備 1設備 2設備 3設備 4設備 5設備 6設備 7控制器 1控制器 2控制器 3控制器 4通道 1通道 2存儲器2/1/2023 71 Operating System 3. “瓶頸”問題 解決瓶頸問題的最有效的方法 ， 便是增加設備到主機間的通路 ， 而不增加通道 ， 如圖 55所示 。 就是把一個設備連接到多個控制器上；而一個控制器又連接到多個通道上 。 2/1/2023 72 Operating System 圖 55 多通路 I/O系統 I / O 設備控制器 1控制器 2通道 1通道 2存儲器I / O 設備I / O 設備I / O 設備2/1/2023 73 Operating System 第五章 設備管理 ?I/O系統 ?I/O控制方式 ?緩沖管理 ?設備分配 ?設備處理 ?磁盤存儲器管理 2/1/2023 74