操作系统第7章

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1、第7章设备管理§7.1引言第7章设备管理 §7.1引言设备管理的任务：选择和分配输入输出设备以便进行数据传输操作。控制外围设备与主机之间交换数据。为用户提供一个友好的透明接口，使得用户使用外围设备时无需 了解其细节，即提供设备无关性。提高设备与设备、设备与主机之间的并行程度。为多道程序的并 发执行创造条件。黄志华制作版权所有第7章设备管理 §7.1引言设备管理一般要提供下述功能：提供和进程管理系统的接口。当进程要求设备资源时，该接口将 进程要求转达给设备管理程序。进行设备分配。采用适当的管理策略，尽量提高设备与设备、设备与

2、主机之间的 并行程度。进行缓冲区管理。黄志华制作版权所有第7章设备管理§7.2外围设备的硬件特性字符设备和块设备：字符设备是指以字符为单位与主机之间传送数据的设备，如打印 机，键盘等。现在很多字符设备一次可以传送的数据不止一个字 符，如打印机，可以一次传送一行甚至更多，但是当我们只需打 印一个字符时，可以只传送一个字符。块设备是指以物理块为单位与主机之间传送数据的设备，如硬 盘、光盘、软盘等。我们即使只需要从硬盘中读取一个字节，硬 盘也要把该字节所在的物理块全部读出。黄志华制作版权所有第7章设备管理§7.2外围设备的硬件特

3、性外围设备与主机的连接方式：外围设备直接与主机相连，硬件结构简单，管理起来较困难， 不易扩展。黄志华制作版权所有第7章设备管理§7.2外围设备的硬件特性外围设备与主机的连接方式：外围设备通过控制器与主机相连黄志华制作版权所有第7章设备管理§7.2外围设备的硬件特性外围设备与主机的连接方式：外围设备通过控制器与主机相连的方式：这种方式是当前大多数PC机采用的方式。在控制器和主机之间通过总线相连，如PCI总线，PCI-Ⅱ总线等。当前大多数PC机的控制器集成在主板上，如显示控制器、声音控制器、硬盘控制器、软盘控制器等。主板上也提

4、供I/O总线插槽，控制器也可以实现在独立的板卡上，板 卡插在I/O总线插槽上与主机相连。如显卡、声卡等。硬件设备通过专门的电缆与控制器相连，如硬盘与硬盘控制器之间 有专门的硬盘线，显示控制器与显示器之间有专门的显示器电缆。一个控制器可以连接多个设备，如硬盘控制器可以连接多个硬盘。黄志华制作版权所有第7章设备管理§7.2外围设备的硬件特性外围设备与主机的连接方式：外围设备通过通道与主机相连，这种连接方式在PC上一般不采用，即绝大多数的PC机上是没有通道的。黄志华制作版权所有第7章设备管理§7.2外围设备的硬件特性控制器的特性

5、：主机通过控制器来操作外围设备。控制器上设有接口寄存器，用来 与主机交换信息。接口寄存器通常包括数据、地址、控制、状态4 类。数据寄存器用于存放实际要输入输出的数据。地址寄存器通常 出现在块设备的控制器上，用于指定输入输出数据位于设备内部的 位置。控制寄存器用于存放CPU发给控制器的命令。状态寄存器用 于向CPU反馈控制器的状态。有的控制器把多个寄存器合并为一 个。CPU通过地址指向控制器的寄存器，这样的地址称为I/O地址。I/O地 址可以与内存地址共用同一个地址空间，也可以采用一个独立的地 址空间。Intel80x86/

6、Pentium系列的CPU采用后一种方式。CPU通过向控制器发送命令让控制器控制设备工作，当工作完成或 出现异常时控制器产生中断，CPU响应中断执行中断处理程序时查 询状态寄存器了解控制器的情况。控制器需要占用I/O地址和中断号资源。黄志华制作版权所有第7章设备管理§7.2外围设备的硬件特性设备的特性：设备连接在控制器上，需要与控制器直接通信，与主机之间的的通 信是经过控制器间接完成的。为了通信，设备上就必须有接口，因此与控制器类似，设备上也有接 口寄存器或接口缓冲区，如当前的硬盘至少有几兆的缓冲。但是设备上的接口对于控制

7、器可见，对于CPU不可见，设备上的接 口不占用I/O地址（可打开Windows的设备管理器观察硬盘与硬盘控 制器加以验证）。设备与控制器之间的通信是在控制器的控制下完 成的。有的设备自身提供设备命令，如打印机通常提供上百条打印命令。 主机可以通过向设备传送设备命令操作设备，设备命令先被送到控 制器，再被控制器送到设备上。对控制器而言，传送设备命令与传 送数据没有区别。黄志华制作版权所有第7章设备管理§7.2外围设备的硬件特性主机与外围设备之间的数据传送方式：轮询与中断：轮询是指CPU启动设备后反复地询问设备的状态（如读控制

8、器上的状态寄存器），当设备完成工作或出现异常后进行相关的处理。轮询方式下，设备工作的时候CPU在等待。显然这种方式对CPU及 整个系统资源非常浪费。这种方式现在极少采用。软盘采用的是这 用方式。中断是计算机硬件的基本机制。计算机系统中的各种硬件通过发生中断信号告知CPU有关事件，CPU通过中断机制来处理