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5.1.1 I/O系统的结构 不同规模的计算机系统其I/O系统的结构是不同的，一般来说微机与小型机多采用总线结构，而大型主机则采用通道结构。 １.总线结构 　　微机与小型计算机结构比较简单，其I/O系统多采用总线结构，如图5-1所示 　　　　 ２．通道结构 　　主机系统一般配备有较多的高速设备，采用总线结构会使总线和CPU的负担过重，因此，一般采用具有通道的I/O系统结构，即增加一级I/O通道，用以替代处理器与各设备控制器进行通信，实现对它们的控制。图5-2为具有通道的I/O系统结构。 1.按传输速率分 低速设备：每秒几个到数百字节。如Modem 中速设备：每秒数千到数万字节。如打印机 高速设备：每秒数百K到数兆。如磁盘、磁带 2.按数据组织分 块设备:以数据块为单位存储、传输信息 字符设备:以字符为单位存储、传输信息 ３. 按资源分配角度分 独占设备: 在一段时间内只能有一个进程使用的设备，一般为低速I/O设备。如打印机，磁带等） 共享设备: 在一段时间内可有多个进程共同使用的设备，多个进程以交叉的方式来使用设备，其资源利用率高。（如硬盘） 虚设备: 在一类设备上模拟另一类设备，常用共享设备模拟独占设备，用高速设备模拟低速设备，被模拟的设备称为虚设备将慢速的独占设备改造成多个用户可共享的设备，提高设备的利用率） （为了提高资源利用率，如SPOOLing技术就使用了虚设备技术——用硬盘模拟输入输出设备。） ４.按使用特性分 存储型设备　　包括磁带机、磁盘机、光盘机等 输入型设备（外设?主机） 输出型设备（主机?外设） 输入输出型设备 　　输入输出型设备一般包括人-机交互的设备和机-机通信设备，前者包括键盘、扫描仪、打印机、绘图仪、数码像机等 ，后者主要有如网卡、Modem等 ． 　　操作系统一般不直接与设备打交道，而是把指令直接发到设备控制器中。设备控制器是CPU与I/O设备之间的接口，它接收从CPU发来的命令，并去控制I/O设备工作，使处理机从繁杂的设备控制事务中解脱出来。设备控制器是一个可编址设备，当它仅控制一个设备时，只有一个惟一的设备地址；若连接多个设备时，则就具有多个设备地址，使每一个地址对应一个设备。 1．控制器的功能 　⑴ 接收和识别命令。 　⑵ 实现CPU与控制器、控制器与设备间的数据交换。 　⑶ 随时让CPU了解设备的状态。 　⑷ 识别设备地址。 ２．设备控制器的组成 由于设备控制器处于CPU和设备之间，它既要与CPU通信，又要与设备通信，所以还应具有按照CPU所发来的命令去控制设备操作的功能。如图5-3所示，大多数的设备控制器由以下三部分组成： 5.１.５ I/O控制方式 ３．ＤＭＡ控制方式 　　控制器功能更强，除有中断功能外，还有一个DMA控制机构。在DMA控制器的控制下，设备同主存之间可成批交换数据，不用CPU干预。 5.1.５ I/O控制方式 5.2 I/O系统的软件 5.2.1 I/O软件的设计目标 1．设备无关性的概念　　设备无关性（又称设备独立性）的含义是指用户编写的应用程序是独立于具体物理设备的，即使设备更换了，应用程序也不用改变。　　引入设备无关性的概念后，用户程序使用逻辑设备名，而不必使用物理设备名，可以带来以下好处： （1）使得设备分配更加灵活。 （2）可以实现I/O重定向。 5.2.3 设备无关性软件 2．设备无关软件 　为实现设备独立性，必须在操作系统中提供设备无关的软件。它提供适用于所有设备的常用I/O功能，并向用户层软件提供一个一致的接口，其主要功能如下： ⑴ 向用户层软件提供统一接口。 ⑵ 设备命名。 ⑶ 设备保护。 ⑷ 提供一个独立于设备的块。 ⑸ 对独占设备的分配与回收。 ⑹ 缓冲管理。 ⑺ 差错控制。 　　尽管大部分I/O软件属于操作系统，但是也有一小部分是与用户程序链接在一起的库例程，甚至是在核心外运行的完整程序。 　　并非所有的用户层I/O软件都由库例程构成。另一个重要的类别就是SPOOLing系统，SPOOLing是在多道程序系统中处理独占设备的一种方法。例如对于打印机，尽管可以采用打开其设备文件的方法来进行申请，但如果一个进程打开它而长达几个小时不用，则其他进程都无法打印。为避免这种情况发生，可创建一个特殊的守护进程（Daemon）以及一个特殊的目录，称为SPOOLing目录。 5.2.5 I/O软件的层次结构 图5-6概括了I/O系统的软件层次结构，图中标示出了每一层软件及其功能。从底层开始分别是硬件、中断处理程序、设备驱动程序、设备无关I/O软件，最上面是用户进程。该图中的箭头表示控制流。 5.3 缓冲技术 5.3.1缓冲的引入 　　缓冲