磁盤高速緩存課件.ppt

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1、第五章設(shè)備管理5.1I/O系統(tǒng)5.2I/O控制方式5.3緩沖管理5.4設(shè)備分配5.5設(shè)備處理5.6磁盤存儲器管理5.1I/O系統(tǒng)5.1.1I/O設(shè)備1.I/O設(shè)備的類型1)按傳輸速率分類按傳輸速度的高低，可將I/O設(shè)備分為三類。第一類是低速設(shè)備，這是指其傳輸速率僅為每秒鐘幾個字節(jié)至數(shù)百個字節(jié)的一類設(shè)備。屬于低速設(shè)備的典型設(shè)備有鍵盤、鼠標(biāo)器、語音的輸入和輸出等設(shè)備。第二類是中速設(shè)備，這是指其傳輸速率在每秒鐘數(shù)千個字節(jié)至數(shù)萬個字節(jié)的一類設(shè)備。典型的中速設(shè)備有行式打印機(jī)、激光打印機(jī)等。第三類是高速設(shè)備，這是指其傳輸速率在數(shù)百千個字節(jié)至數(shù)十兆字節(jié)的一類設(shè)備。典型的高速設(shè)備有磁帶機(jī)、磁盤機(jī)、

2、光盤機(jī)等。2)按信息交換的單位分類可將I/O設(shè)備分成兩類。第一類是塊設(shè)備(BlockDevice)，這類設(shè)備用于存儲信息。由于信息的存取總是以數(shù)據(jù)塊為單位，故而得名。它屬于有結(jié)構(gòu)設(shè)備。典型的塊設(shè)備是磁盤，每個盤塊的大小為512B~4KB。磁盤設(shè)備的基本特征是其傳輸速率較高，通常每秒鐘為幾兆位；另一特征是可尋址，即對它可隨機(jī)地讀/寫任一塊；此外，磁盤設(shè)備的I/O常采用DMA方式。第二類是字符設(shè)備(CharacterDevice)，用于數(shù)據(jù)的輸入和輸出。其基本單位是字符，故稱為字符設(shè)備。3)按設(shè)備的共享屬性分類這種分類方式可將I/O設(shè)備分為如下三類：獨(dú)占設(shè)備。(2)共享設(shè)備。(3)

3、虛擬設(shè)備。2.設(shè)備與控制器之間的接口圖5-1設(shè)備與控制器間的接口5.1.2設(shè)備控制器1.設(shè)備控制器的基本功能接收和識別命令2)數(shù)據(jù)交換3)標(biāo)識和報告設(shè)備的狀態(tài)4)地址識別5)數(shù)據(jù)緩沖6)差錯控制2.設(shè)備控制器的組成圖5-2設(shè)備控制器的組成5.1.3I/O通道1.I/O通道(I/OChannel)設(shè)備的引入實際上，I/O通道是一種特殊的處理機(jī)。它具有執(zhí)行I/O指令的能力，并通過執(zhí)行通道(I/O)程序來控制I/O操作。但I(xiàn)/O通道又與一般的處理機(jī)不同，主要表現(xiàn)在以下兩個方面：一是其指令類型單一，這是由于通道硬件比較簡單，其所能執(zhí)行的命令，主要局限于與I/O操作有關(guān)的指令；再就是通道沒有自

4、己的內(nèi)存，通道所執(zhí)行的通道程序是放在主機(jī)的內(nèi)存中的，換言之，是通道與CPU共享內(nèi)存。2.通道類型1)字節(jié)多路通道(ByteMultiplexorChannel)圖5-3字節(jié)多路通道的工作原理2)數(shù)組選擇通道(BlockSelectorChannel)字節(jié)多路通道不適于連接高速設(shè)備，這推動了按數(shù)組方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的數(shù)組選擇通道的形成。這種通道雖然可以連接多臺高速設(shè)備，但由于它只含有一個分配型子通道，在一段時間內(nèi)只能執(zhí)行一道通道程序，控制一臺設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，致使當(dāng)某臺設(shè)備占用了該通道后，便一直由它獨(dú)占，即使是它無數(shù)據(jù)傳送，通道被閑置，也不允許其它設(shè)備使用該通道，直至該設(shè)備傳送完畢釋放該

5、通道。可見，這種通道的利用率很低。3)數(shù)組多路通道(BlockMultiplexorChannel)數(shù)組選擇通道雖有很高的傳輸速率，但它卻每次只允許一個設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)組多路通道是將數(shù)組選擇通道傳輸速率高和字節(jié)多路通道能使各子通道(設(shè)備)分時并行操作的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合而形成的一種新通道。它含有多個非分配型子通道，因而這種通道既具有很高的數(shù)據(jù)傳輸速率，又能獲得令人滿意的通道利用率。也正因此，才使該通道能被廣泛地用于連接多臺高、中速的外圍設(shè)備，其數(shù)據(jù)傳送是按數(shù)組方式進(jìn)行的。3.“瓶頸”問題圖5-4單通路I/O系統(tǒng)圖5-5多通路I/O系統(tǒng)5.1.4總線系統(tǒng)圖5-6總線型I/O系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.ISA

6、和EISA總線1)ISA(IndustryStandardArchitecture)總線這是為了1984年推出的80286型微機(jī)而設(shè)計的總線結(jié)構(gòu)。其總線的帶寬為8位，最高傳輸速率為2Mb/s。之后不久又推出了16位的(EISA)總線，其最高傳輸速率為8Mb/s，后又升至16Mb/s，能連接12臺設(shè)備。2)EISA(ExtendedISA)總線到80年代末期，ISA總線已難于滿足帶寬和傳輸速率的要求，于是人們又開發(fā)出擴(kuò)展ISA(EISA)總線，其帶寬為32位，總線的傳輸速率高達(dá)32Mb/s，同樣可以連接12臺外部設(shè)備。2.局部總線(LocalBus)VESA(VideoElec

7、tronicStandardAssociation)總線2)PCI(PeripheralComponentInterface)總線5.2I/O控制方式5.2.1程序I/O方式在程序I/O方式中，由于CPU的高速性和I/O設(shè)備的低速性，致使CPU的絕大部分時間都處于等待I/O設(shè)備完成數(shù)據(jù)I/O的循環(huán)測試中，造成對CPU的極大浪費(fèi)。在該方式中，CPU之所以要不斷地測試I/O設(shè)備的狀態(tài)，就是因為在CPU中無中斷機(jī)構(gòu)，使I/O設(shè)備無法向CPU報告它已完成了一個字