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第七章 设备管理 设备管理的目标 提高设备的利用率 为此，应尽量提高CPU与I/O设备之间的并行操作程度 ，主要利用的技术有：中断技术、DMA技术、通道技术、缓 冲技术。 为用户提供方便、统一的界面 所谓方便，是指用户能独立于具体设备的复杂物理特 性之外而方便地使用设备。所谓统一，是指对不同的设备 尽量使用统一的操作方式，例如各种字符设备用一种I/O操 作方式。这就要求用户操作的是简便的逻辑设备，而具体 的I/O物理设备由操作系统去实现，这种性能常常被称为设 备的独立性。 第七章 设备管理 设备管理功能 设备分配 指设备管理程序按照一定的算法把某一个I/O设备、及 其相应的设备控制器和通道分配给某一用户（进程），对 于未分配到的进程，则插入等待队列中。 缓冲区管理 为了解决CPU与I/O之间速度不匹配的矛盾，在它们之间 配置了缓冲区。这样设备管理程序又要负责管理缓冲区的 建立、分配和释放。 第七章 设备管理 实现物理I/O设备的操作 对于具有通道的系统，设备管理程序根据用户提出的 I/O请求，生成相应的通道程序并提交给通道，然后用专门 的通道指令启动通道，对指定的设备进行I/O操作，并能响 应通道的中断请求。对于未设置通道的系统，设备管理程 序直接驱动设备进行I/O操作。 第七章 设备管理 内容 I/O系统的组成 I/O控制方式 缓冲管理 设备分配 设备处理 设备管理举例 第七章 设备管理 重点 设备控制器的功能和组成、I/O通道的类型； I/O控制方式； 设备独立性的概念； SPOOLing系统的组成和特点； 中断处理程序的处理过程。 难点 I/O通道控制方式； 设备独立性的实现。 7.1 I/O系统的组成 7.1.1 I/O系统的结构 7.1.2 I/O设备 7.1.3 设备控制器 7.1.1 I/O系统的结构 微机型I/O系统 微型计算机是以总线为纽带来构成计算机系统，中央处理 机（CPU）、存储器、 I／O设备（包括外存磁盘、磁带）都挂 接在总线。 7.1.1 I/O系统的结构 主机I/O系统 大、中、小型计算机以存储器为中心，CPU和各种通道都 与存储器相连。 7.1.2 I/O设备 I/O设备的类型 I/O设备的种类繁多，从OS观点来看，其重要的性能指标 有：数据传输速率、数据的传输单位、设备的共享属性等。 按传输速率分类 低速设备 指传输速率为每秒钟几个字节到数百个字节的设备。典型的设备有键盘、鼠标、语音的输入等； 中速设备 指传输速率在每秒钟数千个字节至数十千个字节的设备。典型的设备有行式打印机、激光打印机等； 高速设备 指传输速率在数百千个字节至数兆字节的设备。典型的设备有磁带机、磁盘机、光盘机等。 7.1.2 I/O设备 按信息交换的单位分类 块设备（Block Device） 指以数据块为单位来组织和传送数据信息的设备。这类设备用 于存储信息，有磁盘和磁带等。它属于有结构设备。典型的块设备 是磁盘，每个盘块的大小为512B～4KB，磁盘设备的基本特征是： ①传输速率较高，通常每秒钟为几兆位；②它是可寻址的，即可随 机地读/写任意一块；③磁盘设备的I/O采用DMA方式。 字符设备（Character Device） 指以单个字符为单位来传送数据信息的设备。这类设备一般用 于数据的输入和输出，有交互式终端、打印机等。它属于无结构设 备。字符设备的基本特征是：①传输速率较低；②不可寻址，即不 能指定输入时的源地址或输出时的目标地址；③字符设备的I／O常 采用中断驱动方式。 7.1.2 I/O设备 按资源分配的角度分类 独占设备 指在一段时间内只允许一个用户（进程）访问的设备，大多数 低速的I/O设备，如用户终端、打印机等属于这类设备。因为独占 设备属于临界资源，所以多个并发进程必须互斥地进行访问。 共享设备 指在一段时间内允许多个进程同时访问的设备。显然，共享设 备必须是可寻址的和可随机访问的设备。典型的共享设备是磁盘。 共享设备不仅可以获得良好的设备利用率，而且是实现文件系统和 数据库系统的物质基础。 虚拟设备 指通过虚拟技术将一台独占设备变换为若干台供多个用户（进 程）共享的逻辑设备。一般可以利用假脱机技术（SPOOLing技术） 实现虚拟设备。 7.1.2 I/O设备 设备与控制器之间的接口 数据信号 输入：设备－控制器 输出：控制器－设备 控制信号 读、写或执行等操作信号 状态信号 指示设备的当前状态 7.1.3 设备控制器 设备控制器的功能 接收和识别命令 数据交换 设备状态的了解和报告 地址识别 设备控制器的组成 设备控制器与处理机的接口 设备控制器与设备的接口 I/O逻辑 7.1.3 设备控制器 7.2 I/O控制方式