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实用操作系统概念 内容框架 概述 体系结构 进程管理 内存管理 文件管理 外设管理 内容框架 概述 体系结构 进程管理 内存管理 文件管理 外设管理 内容 概述 I/O软件 I/O硬件 设备相关技术 设备处理 典型外部设备 概述 I/O特点 设备分类 设备管理的目标和任务 概述 特点 I/O性能经常成为系统性能的瓶颈 外设种类繁多，结构各异 输入输出数据信号类型不同 速度差异很大 与其他功能联系密切，特别是文件系统 概述 分类 按使用特性分 存储型设备 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（交互型设备） 概述 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 概述 按外部设备的从属关系分 系统设备 指操作系统生成时，登记在系统中的 标准设备 用户设备 指系统生成时，未登记在系统中的非标准设备。 概述 按资源分配角度分 独占设备 共享设备 虚拟设备 如：SPOOLing技术，用硬盘模拟输入输出设备 概述 从程序使用角度分 逻辑设备 物理设备 按数据传输率分 高速设备 低速设备 概述 目标和任务 完成I/O设备与内存之间的数据交换，最终完成用户的I/O请求。 向用户提供方便的使用外部设备的接口，使用户摆脱繁琐的编程负担。 提高CPU与设备、设备与设备间的并行工作能力，充分利用资源，提高资源利用率。 概述 在多道程序环境下，当多个进程竞争使用设备时，按一定策略分配和管理各种设备，使系统能有条不紊的工作。 设备传送或管理的数据应该是安全的、不被破坏的、必威体育官网网址的 与设备无关性（设备独立性） I/O软件 I／O软件目标 I/O软件分层思想 I/O软件 目标 设备独立性 统一命名 出错处理 可共享设备和独占设备的处理 I/O软件 分层思想 中断处理程序 设备驱动程序 设备独立的I/O软件 用户空间的I/O软件 I/O硬件 I/O设备特点 设备组成 I/0过程 设备连接模式 I/O硬件 I/O设备特点 操作异步性 设备自治性 接口通用性 I/O硬件 设备组成 物理设备 设备控制器 在小型和微型机中，常采用印刷电路卡插入计算机中（接口） 完成设备与主机间的连接和通讯 端口编址方法 接口电路中有多个寄存器，一个寄存器有唯一地址，每个地址为I/O端口，该地址称为I/O端口地址。 两种I/O地址： 内存映像编址（内存映像I/O模式） I/O独立编址 （I/O专用指令） I/O独立编址 分配给系统中所有端口的地址空间是完全独立的，与内存地址空间没有关系 主机使用专门的I/O指令对端口进行操作 I/O硬件 优点 外部设备不占用内存的地址空间 程序设计时，易于区分是对内存操作还是对I/O端口操作 缺点 I/O端口操作的指令类型少，操作不灵活 存储映像编址 分配给系统中所有端口的地址空间与内存地址空间统一编址 主机把I/O端口看作一个存储单元，对I/O的读写操作等同于对存储器的操作 I/O硬件 优点 凡是可对存储器操作的指令都可对I/O端口操作 不需要专门的I/O指令 I/O端口可占有较大的地址空间 缺点 占用内存空间 设备相关技术 设备相关技术 DMA技术 与中断区别 工作原理 窃取总线控制权 DMA工作流程 设备相关技术 缓冲技术 引入目的 缓解CPU与外部设备之间速度不匹配的矛盾，提高资源利用率 设备相关技术 缓冲区设置 硬缓冲 在设备中设置缓冲区，由硬件实现 软缓冲 在内存中开辟一个空间，用作缓冲区 设备相关技术 缓冲区管理 单缓冲 双缓冲 缓冲池 多个缓冲区连接起来统一管理，常采用多缓冲管理 设备相关技术 总线技术 在计算机系统内各种子系统，如CPU、内存、I/O设备等之间，构建公用的信号或数据传输通道，这种可共享连接的传输通道称为总线 * 张惠娟 副教授 Ms.zhj@163.com CPU 外 部 设 备 控 制 逻 辑 电 路 控制寄存器 状态寄存器 数据寄存器 I/O硬件 I/O过程 准备 启动 测试和等待 结果检查和错误处理 通过对设备接口寄存器组的读写完成 I/O硬件 连接模式 指I/O设备与CPU之间的连接方式，即将设备连接到一个计算机系统上的方式。 设备接口形式 I/O指令形式 I/O地址空间分配及译码 连线问题 I/O硬件 I/O硬件 I/O硬件 I/O硬件 DMA技术 缓冲技术 总线技术 SCSI接口技术 PnP技术