操作系统的原理与应用-孔宪君-第6章 IO设备管理.pptVIP

操作系统原理Principles of Operating System 主讲：孔宪君 结合实验浅谈命令行接口的作用。 结合实验浅谈图形接口的作用。 结合实验浅谈任务管理器。 结合实验浅谈资源管理器。 结合实验浅谈设备管理器。 结合实验浅谈控制面板。 结合实验浅谈资源管理。 第6章 I/O设备管理 计算机系统中的I/O设备种类繁多，结构各异，特性各异，使用方法各异，用途各异。 操作系统I/O子系统的关键目标之一就是向系统的其他部分提供尽可能简单的接口。 对与计算机相连设备的控制是操作系统设计者的主要任务之一 计算机有两个重要任务是I/O操作和计算。在大多数情况下，主要任务是I/O操作而不是计算。 没有输入输出设备，就没有计算机的应用。 6.1.1计算机的I/O设备 I/O设备管理的重要性 ①CPU性能越高，输入输出设备性能同CPU性能不匹配的反差也越大。如何解决这一矛盾，而又尽量不降低处理机的性能。 ②I/O设备千变万化，如何对它们实现统一的管理，从而方便用户使用。 ③I/O设备能否及时将各种信息传送给计算机系统，计算机发出的各种命令能否通过I/O设备及时传送给执行部件。 ④由设备传送的数据应该是安全和必威体育官网网址的，数据不能被破坏或被泄露。多用户多任务环境中的设备使用应该通过协调，避免冲突，不能破坏设备。 6.1.2 计算机I/O系统结构 ⑴按照所属关系，可以将外部设备分为两类: ①系统设备:系统生成时就已经登记的设备。如键盘、磁盘和显示器等。 ②用户设备:系统生成时未登记的设备。如移动硬盘、扫描仪和数码相机等。 ⑵按传输的信息特点分类，可以将外部设备分为两类: ①字符设备。 ②块设备。 ③网络设备。网络设备与块设备和字符设备有所区别，用户不能直接把数据交换到网络设备上，必须通过打开内核网络子系统的连接进行间接通信。 ⑶按照工作和使用特性，可以将外部设备分成: ①I/O设备:输入设备是计算机用来将信息传送到内存，如键盘，扫描仪，鼠标等。输出设备是将计算机加工处理好的信息从内存传送到设备，如显示器、扫描仪、绘图仪等。I/O设备又分为输入设备、输出设备、输入输出设备3类。 ②存储设备:以存储大容量的信息和快速检索为目标，在系统中作为内存的扩充，又称为外存或者辅存。相对于内存而言，具有容量大，速度慢和价格相对便宜等特点。 ⑷从资源分配角度，设备可分为以下三类: ①独占设备:是指在一段时间内只允许一个进程使用的设备。进程使用期间独占该设备，只有当进程将设备释放给操作系统时，才能再将该设备分配给其他进程使用。多数低速字符设备都属于独占设备，如行式打印机等。 ②共享设备:是指一段时间内允许多个进程同时访问的设备。宏观上，多个进程同时使用设备，在微观上，多个进程在交替地访问设备。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。 ③虚拟设备:以大容量的外存为支持，通过虚拟技术将一台独占设备改造成能被多个进程共享的设备，以提高设备的利用率。这种经过虚拟技术改造后的设备，是一种逻辑上的，概念上的设备，我们称为虚拟设备。 6.1.4 设备管理的基本功能 ①缓冲管理： CPU与设备之间、设备与设备之间交换信息时，都要利用缓冲区来缓解速度不匹配的矛盾，提高CPU与设备之间、设备与设备之间操作的并行程度。 ②设备分配： ③设备驱动： ④设备无关性:用户在编制程序时，应尽量避免直接使用实际的设备名而使用逻辑设备名。这样，有利于解决设备的故障和增加设备分配的灵活性。 ⑤虚拟设备： 6.2 I/O控制技术 6.2.1程序I/O 控制寄存器有几个重要的信息位：启动位、完成位、忙位。 当用户进程需要输入数据时，由处理机向设备控制器发出一条I/O指令，启动设备进行输入；在设备输入数据期间，处理机通过循环执行测试指令不间断地检测设备状态寄存器的值，当状态寄存器的值显示设备输入完成时，处理机将数据寄存器中的数据取出，送入内存指定单元，然后再启动设备读下一个数据。反之，当用户进程需要向设备输出数据时，同样必须用启动命令启动设备输出，并等待输出操作完成。 程序直接控制方式的工作过程非常简单，但在循环测试中浪费了大量的CPU处理时间，所以CPU的利用率相当低。 6.2.2中断技术 采用中断控制方式具有以下好处： ①CPU与外设在大部分时间内并行工作，有效地提高了计算机的效率。CPU启动外设后，不需要查询其工作状态，可继续执行主程序，因此两者可并行工作。等外设将数据准备好后，主动申请中断CPU的工作，请求服务。 ②具有实时响应能力，可适用于实时控制场合。外部中断源始终处于主动地位，随时可请求CPU为其服务。可保证实时控制中现场的许多实时信息随时得到响应。 ③及时处理异常情况，提高计算机的可靠性。计算机在运行过程中，有可能出现一些意想不到的