0第8篇 设备管理.ppt

第8章 设备管理 8.1 引言 8.2 数据传送控制方式 8.3 中断技术 8.4 缓冲技术 8.5 设备分配 8.6 I/O进程控制 8.7 设备驱动程序 本章小结 习题 8.1 引 言 8.1.1 设备的类别 在计算机系统中，除了CPU和内存之外，其他的大部分硬设备称为外部设备。它包括常用的输入输出设备、外存设备以及终端设备等。 早期的计算机系统由于速度慢、应用面窄，外部设备主要以纸带、卡片等作为输入输出介质，相应的设备管理程序也比较简单。 由于个人计算机、工作站以及计算机网络系统等的发展，外部设备开始走向多样化、复杂化和智能化。再者，除了硬件设备之外，以某种硬件设备为基础的虚拟设备和仿真设备技术也得到了广泛应用。例如，虚终端技术和仿真终端技术等。实际上，近年来最为流行的窗口系统中的X-WINDOW等都是作为一种设备和操作系统相连的。这使得设备管理变得越来越复杂化。 首先，我们介绍设备的分类。 按设备的使用特性： （1）存储设备、（2）输入输出设备、（3）终端设备、（4）脱机设备。 图8.1 按使用特性对外部设备的分类 设备的从属关系： （1）系统设备、（2）用户设备。 系统设备是指那些在操作系统生成时就已配置好的各种标准设备。例如，键盘、打印机以及文件存储设备等。而用户设备则是那些在系统生成时没有配置，而由用户自己安装配置后由操作系统统一管理的设备。例如，网络系统中的各种网板、实时系统中的A/D、D/A变换器、图像处理系统的图像设备等。 按信息组织方式： UNIX系统就把外部设备划分为 （1）字符设备、（2）块设备。 键盘、终端、打印机等以字符为单位组织和处理信息的设备被称为字符设备；而磁盘、磁带等以字符块为单位组织和处理信息的设备被称为块设备。 按使用方式： （1）独享设备（2）共享设备（3）虚拟设备 8.1.2 设备管理的功能和任务 主要任务是： (1) 选择和分配输入输出设备； (2) 控制输入输出设备和CPU（内存）之间交换数据； (3) 为用户提供友好的透明接口； (4) 提高设备和设备之间、CPU和设备之间，以及进程和进程之间的并行操作度，以使操作系统获得最佳效率。 设备管理程序一般要提供下述功能： (1) 提供和进程管理系统的接口； (2) 进行设备分配； (3) 实现设备和设备、设备和CPU之间的并行操作。 (4) 进行缓冲区管理。 CPU的执行速度和访问内存速度都比较高，而外部设备的数据流通速度则低得多（例如键盘），为了减少外部设备和内存与CPU之间的数据速度不匹配的问题，系统中一般设有缓冲区（器）来暂放数据。设备管理程序负责进行缓冲区分配、释放及有关的管理工作。 8.2 数据传送控制方式 选择和衡量控制方式有如下几条原则： (1) 数据传送速度足够高，能满足用户的需要但又不丢失数据； (2) 系统开销小，所需的处理控制程序少； (3) 能充分发挥硬件资源的能力，使得I/O设备尽量忙，而CPU等待时间少。 外围设备和内存之间的常用数据传送控制方式有4种。即： (1) 程序直接控制方式； (2) 中断控制方式； (3) DMA方式； (4) 通道方式。 下面分别给予介绍。 8.2.1 程序直接控制方式 是由用户进程来直接控制内存或CPU和外围设备之间的信息传送。这种方式的控制者是用户进程。 图8.2 程序直接控制方式 直接控制存在下述缺点： (1) CPU和外围设备只能串行工作。 (2) CPU在一段时间内只能和一台外围设备交换数据信息，从而不能实现设备之间的并行工作； (3) 程序直接控制方式只适用于那些CPU执行速度较慢，而且外围设备较少的系统。 8.2.2 中断方式 为了减少程序直接控制方式中CPU等待时间以及提高系统的并行工作程度，中断(interrupt)方式被用来控制外围设备和内存与CPU之间的数据传送。 (1) 进程需要数据时，通过CPU发出“Start”指令启动外围设备准备数据。 (2) 在进程发出指令启动设备之后，该进程放弃处理机，等待输入完成。 (3) 当输入完成时，I/O控制器通过中断请求线向CPU发出中断信号。CPU在接收到中断信号之后，转向预先设计好的中断处理程序对数据传送工作进行相应的处理。 (4) 在以后的某个时刻，进程调度程序选中提出请求并得到了数据的进程，该进程从约定的内存特定单元中取出数据继续工作。 图8.4 中断控制方式的处理过程 中断方式的缺点： （1）由于在I/O控制器的数据缓冲寄存器装满数据之后将会发生中断，而且数据缓冲寄存通常较小，因此，在一次数据传送过程中，发生中断次数较多。 （2）如果多个设备通过中断处理方式进行并行操作，则由于中断次数的急剧增