【408&预推免复习】操作系统之IO层次结构和IO控制方式
文章目录
1 I/O设备
2 I/O系统的层次结构
3 I/O控制方式
4 IO设备分配与回收
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1 I/O设备
计算机系统中的I/O设备按使用特性可分为以下类型：
人机交互类外部设备：用于与计算机用户之间交互的设备，如打印机、显示器、鼠标、键盘等。这类设备数据交换速度较慢，通常是以字节为单位进行数据交换。
存储设备：用于存储程序和数据的设备，如磁盘、磁带、光盘等。这类设备数据交换速度较快，通常以多字节组成的块为单位进行数据交换。
网络通信设备：用于与远程设备通信的设备，如各种网络接口、调制解调器等。其速度介于前两类设备之间
按信息交换的单位分类：
块设备：信息存取以块为单位的设备称为块设备，如磁盘等，它属于有结构类型，块大小通常为512B。其基本特征是传输速率较高、可寻址，即对它可随机地读/写任一块。
字符设备：传输的基本单位是字符，用于数据输入/输出的设备称为字符设备，它属于无结构类型，如交互式终端机、打印机等。它们的基本特征是传输速率低、不可寻址，在输入/输出时经常采用中断驱动方式。
2 I/O系统的层次结构
用户层I/O软件：需要使用外部设备提供各种服务的应用程序，用户层软件通过I/O系统接口调用I/O软件系统，达到使用外部设备提供的各种服务的目的。
3 I/O控制方式
设备管理的主要任务之一是控制设备和内存或处理机之间的数据传送。外围设备和内存之间的输入/输出控制方式有四种：
程序直接控制方式
中断驱动方式
DMA控制方式
通道方式
DMA控制器的组成：
1）命令/状态寄存器（CR）：用于接收从CPU发来的I/O命令或有关控制信息，或设备的状态。
2）内存地址寄存器（MAR）：输入时，它存放把数据从设备传送到内存的起始目标地址；输出时，它存放由内存到设备的内存源地址
3）数据寄存器（DR）：用于暂存从设备到内存，或从内存到设备的数据。
4）数据计数器（DC）：存放本次要传送的字（节）数
●当CPU需要从磁盘读数据时，便向磁盘控制器DMA发命令，
●该命令送命令寄存器CR，
●将内存地址送内存地址寄存器MAR，
●本次要读的字节数送数据寄存器DC。
●启动DMA后，CPU干其他的事情，数据传送在DMA的控制下完成。
在DMA方式中，每发出一个I/O指令，能读（写）一个连续的数据块，当需要一次去读多个离散的数据块且将它们分别传送到不同的内存区域时，则需多条I/O指令和多次中断，而通道只需一次即可完成。
I/O通道方式是DMA方式的发展，把以数据块为单位的干预，减少到对一组数据块为单位的干预。
通道有一系列通道指令构成。
4 IO设备分配与回收
设备分配算法与进程调度算法有些类似，常采用的算法有：
先来先服务：按提出I/O请求的先后次序，将进程排成一个进程请求队列，设备分配程序总是把设备分配给队首进程。
优先级高者优先：优先级高的进程提出的I/O请求优先获得满足。