io設備控制器有什麼

㈠ 設備控制器的主要功能是什麼

控制器的主要功能是交換、檢測及提供信號，具體功能說明如下：

1、控制器具備數據交換功能，這是指實現CPU與控制器之間、控制器與設備之間的數據交換。對於前者，是通過數據匯流排，由CPU並行地把數據寫入控制器，或從控制器中並行地讀出數據；對於後者，是設備將數據輸入到控制器，或從控制器傳送給設備。為此，在控制器中須設置數據寄存器。

2、設備控制器還兼管對由I/O設備傳送來的數據進行差錯檢測。若發現傳送中出現了錯誤，通常是將差錯檢測碼置位，並向 CPU報告，於是CPU將本次傳送來的數據作廢，並重新進行一次傳送。這樣便可保證數據輸入的正確性。

3、時序控制器的功能是為每條指令按時間順序提供控制信號。時序控制器包括時鍾發生器和倍頻定義單元，其中時鍾發生器由石英晶體振盪器發出非常穩定的脈沖信號，就是CPU的主頻；而倍頻定義單元則定義了CPU主頻是存儲器頻率（匯流排頻率）的幾倍。

拓展資料

標識和報告設備的狀態控制器應記下設備的狀態供CPU了解。例如，僅當該設備處於發送就緒狀態時，CPU才能啟動控制器從設備中讀出數據。為此，在控制器中應設置一狀態寄存器，用其中的每一位來反映設備的某一種狀態。當CPU將該寄存器的內容讀入後，便可了解該設備的狀態。

CPU可以向控制器發送多種不同的命令，設備控制器應能接收並識別這些命令。為此，在控制器中應具有相應的控制寄存器，用來存放接收的命令和參數，並對所接收的命令進行解碼。例如，磁碟控制器可以接收CPU發來的Read、Write、Format等15條不同的命令，而且有些命令還帶有參數；相應地，在磁碟控制器中有多個寄存器和命令解碼器等。

㈡ I/O設備管理

I/O系統不僅包括 各種I/O設備 ，還包括與設備相連的 設備控制器 ，有些系統還配備了專門用於輸入/輸出控制的專用計算機（ 通道 ），此外： I/O系統要通過匯流排與CPU、內存相連 。

I/O系統的結構分為兩大類：

CPU與內存之間可以直接進行信息交換，但是 不能直接與設備進行信息交換 ，必須經過 設備控制器 。

主機I/O系統採用四級結構，包括： 主機、通道、設備控制器和設備 。

一個通道可以控制多個設備控制器。

一個設備控制器可以控制多個設備。

設備控制器是 CPU與I/O設備之間的介面 ，接收I/O命令並 控制設備 完成I/O工作。

設備控制器是一個 可編址設備 ，鏈接多個設備時可有多個設備地址。

一種特殊的處理機，它具有執行I/O指令的能力，並通過執行通道程序來控制I/O操作。

大型主機系統中 專門用於I/O的專用計算機 。

引入通道能夠使CPU從控制I/O操作的任務中解脫，使 CPU與I/O並行工作 ，提高CPU利用率和系統吞吐量。

目的：盡量 減少 主機對輸入/輸出控制的 干預 ， 提高 主機與輸入/輸出的 並行程度 。

工作流程：

缺點：

使CPU經常處於 循環檢測狀態 ，造成 CPU的極大浪費 ，影響整個進程的 吞吐量 。

現在計算機系統廣泛採用中斷控制方式完成對I/O控制。

工作流程：

優點：

使CPU和I/O設備在某些時間段上 並行工作 ，提高 CPU利用率 和 系統吞吐量 。

DMA控制器結構：

DMA控制器中的寄存器：

工作流程：

緩沖區是用來 保存兩個設備之間或設備與應用程序之間傳輸數據的內存區域 。

由於CPU的速度遠遠高於I/O設備，為了 盡可能使CPU與設備並行工作 ，提高系統的性能，通常需要操作系統在設備管理軟體中提供緩沖區管理功能。

在數據到達速率與數據離去速率不同的地方，都可以引入緩沖區。

引入緩沖的原因：

引入緩沖的主要作用：

最簡單 的緩沖類型，在主存儲器的系統區中 只設立一個緩沖區 。

用戶進程發出I/O請求時，操作系統為該操作分配一個位於主存的緩沖區。

當一個進程往這一個緩沖區中傳輸數據（或從這個緩沖區讀取數據）時，操作系統正在清空（或填充）另一個緩沖區，這個技術稱為雙緩沖（Double Buffering），或緩沖交換（Buffering Swapping）。

在數據到達和數據離去的速度差別很大的情況下，需要增加緩沖區的數量。

多個緩沖區：

多個指針：

Getbuf過程：

Releasebuf過程：

進程使用完緩沖區後，使用Releasebuf過程 釋放緩沖區 ；

公共緩沖池中設置多個可供若干進程共享的緩沖區，提高緩沖區的利用率。

緩沖池的組成：

支持設備分配的數據結構需要記錄設備的狀態（忙或空閑）、設備類型等基本信息。

系統為每個設備建立一張設備控製表，多張設備控制構成設備控製表集合。

每張設備控製表，包含：

系統為每個控制器設置一張 用於記錄該控制器信息 的控制器控製表。通常包含：

系統為每個通道設備設一張通道控製表，通常包含：

記錄了 系統中全部設備 的情況，每個設備佔一個表目，其中包括：

關鍵點：是否具備 「請求和保持」 的條件。

基本含義： 應用程序獨立於具體使用的物理設備

應用程序中，使用 邏輯設備名稱 來請求使用某類設備。

系統在實際執行時，必須使用 物理設備名稱 。

實現設備獨立性 帶來的好處 ：

設備獨立軟體的功能：

獨占設備的分配程序：

在多道程序環境下，利用 一道程序 來模擬 離線輸入 時的 外圍控制機 的功能，把低速I/O設備上的數據傳送到高速輸出磁碟上，再利用 另一道程序 來模擬 離線輸出 時 外圍控制機 的功能，把數據從磁碟傳送到低速輸出設備上。

這種在 聯機情況下實現的同時外圍操作 稱為SPOOLing。

SPOOLing的 組成 ：

利用SPOOLing技術 實現共享列印機 ：

SPOOLing的 特點 ：

輸入輸出軟體總體目標是 將軟體組織成一種層次結構 。

低層軟體 用來屏蔽硬體的具體細節。

高層軟體 則主要是為用戶提供一個簡潔、規范的界面。

設備管理的4個層次：

將發出I/O請求而被阻塞的進程喚醒。

設備驅動程序是 I/O進程與設備控制器之間的通信程序 ，其主要任務接受上層軟體發來的抽象的I/O請求，如 read 和 write 命令，把它們轉換為具體要求後，發送給設備控制器啟動設備去執行。

磁碟存儲器不僅 容量大，存取速度快 ，而且可以實現 隨機存取 ，是存放大量程序和數據的理想設備。

磁碟管理的 重要目標 ：提高磁碟 空間利用率 和磁碟 訪問速度 。

一個物理記錄存儲在一個扇區上，磁碟存儲的物理記錄數目是由 扇區數、磁軌數 及 磁碟面數 決定的。

磁碟類型：

磁碟訪問時間：

磁碟調度的一個重要目標是 使磁碟的平均尋道時間最少 。包括有：

最簡單 的磁碟調度演算法。

根據進行 請求訪問磁碟的先後順序 進行調度。

優點：公平、簡單，且每個進程的請求都能依次得到處理，不會出現某一進程的請求長期得不到滿足的情況

缺點：平均尋道時間較長

該演算法選擇的進程：其 要求訪問的磁軌 與 當前磁頭所在的磁軌 距離 最近 ，以使每次的尋道時間最短。

優點：每次的尋道時間最短

缺點：可能導致某個進程發生 飢餓 現象

又叫 電梯調度演算法 ，不僅考慮到要訪問的磁軌與當前磁軌的距離，更優先考慮磁頭當前的移動方向。

優點：有較好的尋道性能，防止 「飢餓」 現象

缺點：有時候進程請求被大大推遲

在掃描演算法的基礎上，規定磁頭是單向移動的。將最小磁軌號緊接著最大磁軌號構成循環，進行循環掃描。

NStepSCAN ：FCFS + SCAN

FSCAN ：