《计算机操作系统》（孙雅如版）全套ppt电子课件教案第4章设备管理

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1、第4章设备管理4.1概述4.2数据传送控制方式4.3缓冲管理4.4设备分配4.5设备虚拟性与独立性4.6设备处理过程4.1概述4.1.1设备的类别设备类别的划分可以从不同方面描述，比如按设备的使用特性，可分为存储设备、输入/输出设备、终端设备以及脱机设备等；按设备的从属关系，可把设备划分为系统设备和用户设备。在此我们主要从以下三方面来描述。按信息组织方式来划分设备。例如，UNIX系统就把外部设备划分为字符设备和块设备。键盘终端、打印机等以字符为单位组织和处理信息的设备被称为字符设备；而磁盘、磁带等以字符块为单位组织和处理信息的设备被称为

2、块设备。按照设备的数据传输速率可以分为低速设备、中速设备和高速设备，大致的速率级别是这样的，1KB/s以下可以认为是低速设备，1KB/s～1MB/s之间为中速设备，1MB/s以上是高速设备。比如键盘、鼠标就属于低速设备，打印机、扫描仪属于中速设备，而磁盘、光盘驱动器属于高速设备。当然随着计算机技术的发展，这种速度划分标准也会随之变化。按照设备的共享属性可以分为独占设备、共享设备和虚拟设备。独占设备是指一段时间内只允许一个用户（进程）访问的设备。共享设备是指一段时间内可以允许多个用户（进程）访问的设备，比如磁盘，它可以同时被多个进程访问。

3、虚拟设备是指通过虚拟技术将一台独占设备当作多个设备共享，例如我们4.5节将要介绍的SPOOLing系统中打印机的应用。4.1.2设备管理的功能和任务设备管理是对计算机输入/输出系统的管理，这是操作系统中最具有多样性和复杂性的部分。其主要任务是：(1)选择和分配输入/输出设备，以便进行数据传输操作。(2)控制输入/输出设备和CPU(或内存)之间交换数据。(3)为用户提供一个友好的透明接口，将用户和设备硬件特性分开，使得用户在编制应用程序时不必涉及具体设备，系统按用户要求控制设备工作。另外，这个接口还为新增加的用户设备提供一个与系统核心相连

4、接的入口，以便用户开发新的设备管理程序。(4)提高设备和设备之间、CPU和设备之间，以及进程和进程之间的并行操作程度，以使操作系统获得最佳效率。为了完成上述主要任务，设备管理程序一般要提供下述功能：(1)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。(2)进行设备分配。按照设备类型和相应的分配算法把设备和其它有关的硬件分配给请求该设备的进程，并把未分配到所请求设备或其它有关硬件的进程放入等待队列。(3)实现设备和设备、设备和CPU等之间的并行操作，其中需要大量的硬件支持，例如寄存器、控制器、通道以及

5、中断等。(4)进行缓冲管理，解决低速I/O设备与高速CPU之间传送数据的不匹配问题。4.2数据传送控制方式设备管理的主要任务之一是控制设备和内存或CPU之间的数据传送，下面将介绍四种常用的数据传送控制方式：(1)程序直接控制方式；(2)中断控制方式；(3)DMA方式；(4)通道方式。4.2.1程序直接控制方式程序直接控制方式(ProgrammedDirectControl)就是由用户进程来直接控制内存或CPU与外围设备之间的信息传送。这种方式的控制者是用户进程。当用户进程需要数据时，它通过CPU发出启动设备准备数据的启动命令，同时将设备

6、状态寄存器的忙/闲标志busy置为1，表示设备忙，然后用户进程进入测试等待状态。在等待时间内，CPU不断地用一条测试指令检查设备状态寄存器，当busy为0时，表示输入设备已将一个字符数据送入数据寄存器，于是处理机将该数据取出送到指定内存单元。接着开始读下一个数据，同时置busy为1。程序直接控制方式虽然控制简单，也不需要多少硬件支持，但是程序直接控制方式明显地存在下述缺点：(1)CPU和外围设备只能串行工作。由于CPU的处理速度要大大高于外围设备的数据传送和处理速度，因此，CPU大量时间都处于等待和空闲状态，这使得CPU利用率大大降低。

7、(2)CPU在一段时间内只能与一台外围设备交换数据信息，不能实现设备之间的并行工作。(3)由于程序直接控制方式依靠测试设备标志触发器的状态位来控制数据传送，因此无法发现和处理由于设备或其它硬件所产生的错误。因此，程序直接控制方式只适用于那些CPU执行速度较慢，而且外围设备较少的系统。4.2.2中断方式为了减少程序直接控制方式中CPU等待时间以及提高系统的并行工作程序，中断(Interrupt)方式被用来控制外围设备与内存或者CPU之间的数据传送。中断方式的工作过程是这样的，当某进程要启动某个I/O设备工作时，由CPU向该设备的设备控制器

8、发出一个I/O命令，然后继续执行原来的工作，同时设备控制器开始控制I/O设备按照命令要求进行具体的I/O操作，当I/O完成后，设备控制器向CPU发出中断信号，表示一个I/O步骤完成，CPU再根据这条中断请求