windows操作系统笔记设备管理

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1、第5章I/O设备管理设备管理——输入输出控制方式、设备分配、缓存和中断。现代计算机系统由CPU和若干设备控制器通过共同的总线相连而成，该总线提供了对共享内存的访问（图5-1）。每个设备控制器负责一种特定类型的没备。©©

2、并yy場ujj睾j图5-1典型的PC总线结构设备管理的基本任务是，按照用户的要求來控制I/O设备，完成用户所希望的输入输出要求。下面以打印机为例，说明设备管理所需要考虑的一些问题。1）设备管理应为某类设备提供相应的设备驱动程序耍打印作业，首先需要打印机，把打印机与主机连接后丼不能马上可以使用。除了考虑硬件

3、连接，还要考虑软件因素。只有在打印机驱动程序的管理下，打印机冰能真正运作起来。关于驱动：驱动程序是一种特殊的程序。首先其作用是将硬件本身的功能告诉操作系统.接下来的主要功能就是完成硬件设备电子信号与操作系统及软件的高级编程语言之间的互相翻译。当操作系统需要使用某个硬件时，比如：让声卡播放音乐.它会先发送相应指令到声卡驱动程序.声卡驱动程序接收到后，马上将其翻译成声卡才能听懂的电子信号命令，从而让声卡播放音乐。所以简单的说驱动程序提供了硬件到操作系统的一个接口以及协调二者之间的关系，而因为驱动程序有如此重要的作用，所以驱动

4、程序被形象的称为“硬件和系统之间的桥梁”。2）对缓冲区进行管理一般情况下，CPU的速度远远高于外设的速度。例如利用打印机打印一篇文章，如果CPU送一个字符，打印机打印一个字符，那么在打印机打印字符的时候,CPU只能处于等待状态。为了解决CPU和打印机速度不匹配的问题，可以采用设置缓冲区的方法。3）对Spooling技术的支持通过釆用缓冲技术，一定程度上缓解了CPU和打印机速度不匹配的问题，但在整个打印过程屮，CPU仍然没法去做其他事，为此，Windows特意提供了后台打印的方式。这种方式由Spooling技术来支持。4）

5、进行设备分配多个进程都要求使用某种设备（如打印机）时，设备管理根据一定的算法进行设备分配，对料时不能获得设备的，系统将它们排在该设备请求队列中，排队顺序决定了获得设备的次序。5)提供中断处理机制如果打印过程中出现掉电或缺纸等M题吋，需耍CPU进行紧急处理，而这时CPU正在干其他事情，并不知道打印机出现问题。为此，系统采用了一种称为屮断的技术来解决这个问题，即当某个事件发生吋，系统屮止现在程序的运行，转去执行相应的事件处理程序，处理完毕，返回中断处继续执行。5.1、输入输出控制方式设备管理中，输入输出控制方式主要有以下几种

6、：轮询方式、中断方式、DMA方式。其中：＞轮询方式：又称忙等待方式，是指让CPU以一定的周期按次序查询每一个外设，看它是否有数据输入或输出的要求，若有，则进行相应的输入/输出服务；若无，或I/O处理完毕，CPU就接着查询下一个外设，见图5-2(a)o很显然，对于轮询，主机很少发现有准备好的设备，同时其他需要使用处理器处理的工作又不能完成，则效率就会变差。这时，如粜让设备准备好时再通知处理器而不是由CPU轮询外设是否完成，那么效率就会更高。能使外设通知CPU的硬件机制称为中断。＞中断方式：中断就是指当某个事件发生吋，向系统

7、发送一个中断信号，T是系统中止现行程序的运行，转去执行相应的屮断处理程序，完成后返回断点继续执行，见阁5-2(b)o由于CPU在响应中断盾，还需要时间来执行中断服务程序。当每次传送满数据寄存器的时候，就要向CPU发送一次中断请求，如果连续传送一块较大的数据块，则需要经过多次中断，让CPU把大量的时间都浪费在处理中断上，导致效率不能得到很好发挥。中断一般用于低速外设，对于高速外设的访问，一般采用DMA方式。＞DMA方式:直接存访问是一种硬件机制，它允许外围设备和主内存之间宵接传输它们的I/O数据，而不需耍CPU的干预。整个

8、数据块的传输在一个称为DMA控制器的控制下完成，仅在传送一个或多个数据块的开始或结朿吋，才需要CPU处理。使用这种机制可以大大提高与设备通信的吞吐量，见图5-2(c)o下条指今下条指令(a)«序1/0方式(«屮哳《动方式(c)DMA方式向1ZCM9MS发布读块企今itDMA拎M»的状各F条撗令图5-2输入输出方控制式CPU—DMASTit札它*——中断I>MA—CPU关子DMA的工作方式：1)当某一进程要求设备输入数据时.CPU把准备存放输入数据的内存地址及要传送的字节数据分别送入DMA控制器中的内存地址寄存器和传送字节

9、计数器.2)在DMA控制器的控制下，按内存地址寄存器的内容把数据缓存器的数据源源不断地写入到相应的内存单元，直至所有的数据传送完毕。3)输入完成后，DMA控制器通过中断请求线发出中断信号，CPU接收到后转交给中断处理程序善后处理。5.2、缓冲和Spooling技术引入缓冲技术的主要原因是为了缓和CPU和外设速度不匹配