操作系统(9) I/O管理

骑猪看日落 2022-12-31 01:19 113阅读 0赞

# I / O管理 #

### 文章目录 ###

*  I / O管理
 *   *  一、I/O设备的基本概念和分类
     *  二、I/O控制器
     *   *  1. I/O控制器的介绍和功能
         *  2. I/O控制器的组成
     *  三、I/O控制方式
     *   *  2. 中断驱动方式
         *  3. DMA方式(直接存储器存取)
         *  4. 通道控制方式
         *  5. 知识回顾
     *  四、I/O软件层次结构
     *  五、缓冲区管理
     *   *  1. 缓冲区作用
         *  2. 单缓冲
         *  3. 双缓冲
         *  4. 循环缓冲区

## 一、I/O设备的基本概念和分类 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80OTM0MzE5MA_size_16_color_FFFFFF_t_70]

## 二、I/O控制器 ##

![在这里插入图片描述][2020122713340156.png]

### 1. I/O控制器的介绍和功能 ###

(1) I/O控制器的介绍

CPU无法直接控制I/O设备的机械部件，故需要I/O控制器作为中介，CPU控制I/O控 制器，I/O控制器控制设备的机械部件

(2) I/O控制器的功能  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80OTM0MzE5MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

### 2. I/O控制器的组成 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80OTM0MzE5MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

## 三、I/O控制方式 ##

用什么样的方式来控制I/O设备的数据读/写

1.  程序直接控制方式

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80OTM0MzE5MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

(1) CPU干预的频率

非常频繁，I/O操作开始之前、完成之后需要CPU介入，并且在等待I/O完成的过程中CPU 需要不断的轮询检查

(2) 数据传送的单位：字

(3) 数据的流向

读操作：I/O设备 → 寄存器 → 内存  
写操作：内存 → 寄存器 → I/O设备

### 2. 中断驱动方式 ###

引入中断机制；在CPU发出读/写命令之后，将等待I/O的进程阻塞，先切换到别的进程；当I/O 完成后，控制器会向CPU发送一个中断信号，CPU会处理中断，完成读/写操作

(1) CPU干预的频率

每次I/O操作开始之前、完成之后需要CPU介入  
等待I/O完成的过程中CPU可以切换到别的进程执行

(2) 数据传送的单位：字

(3) 数据的流向

读操作：I/O设备 → 寄存器 → 内存  
写操作：内存 → 寄存器 → I/O设备

### 3. DMA方式(直接存储器存取) ###

(1) 数据的传送单位是块

(2) 数据的流向是从设备直接放入内存，或者从内存中直接到设备，无需CPU干预

(3) 仅在传送数据块的开始和结束时才需要CPU的干预

(4) CPU告诉DMA此次要进行的操作、操作的数据量、数据存放的位置等信息

(5) DMA会根据CPU的要求完成操作，I/O完成之后才向CPU发送中断信号

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80OTM0MzE5MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]

### 4. 通道控制方式 ###

通道是一种硬件，可以理解为”性能较差的CPU”，可识别并执行通道指令

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80OTM0MzE5MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

(1) CPU干预的频率

频率很低，通道会根据CPU的指示执行相应的通道程序，只有完成一组数据块的读/写后才 需要发出中断信号，请求CPU干预

(2) 数据传送的单位：一组数据块

(3) 数据的流向

读操作：I/O设备 → 内存  
写操作：内存 → I/O设备

### 5. 知识回顾 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80OTM0MzE5MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]

## 四、I/O软件层次结构 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80OTM0MzE5MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]

设备独立性软件：与设备的硬件特性无关的功能几乎都在这一层实现

## 五、缓冲区管理 ##

### 1. 缓冲区作用 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80OTM0MzE5MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]

注意：缓冲区数据非空时，不能往缓冲区冲入数据，只能从缓冲区把数据传出；当缓冲区为空 时，才可以往缓冲区冲入数据；缓冲区满了之后，才能将数据取出

### 2. 单缓冲 ###

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### 3. 双缓冲 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80OTM0MzE5MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 10]

### 4. 循环缓冲区 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80OTM0MzE5MA_size_16_color_FFFFFF_t_70 11]

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