《CH5设备管理》PPT课件

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1、CH5设备管理设备管理管理的是计算机系统的重要资源，用户无权直接使用。设备管理的一个重要任务：是按照一定的算法在各进程间调度和分配设备。另外，设备管理还要按照用户要求启动具体设备，完成数据传输操作，并且处理设备的中断。还有，如何利用虚拟技术使独享设备“变为”共享设备，使一台物理设备“变为”多台逻辑设备。5.1设备管理概述一、设备管理的分类1.按从属关系分类系统设备：指在操作系统生成时已经登记在系统中的标准设备。如键盘、显示器、打印机等。用户设备：指操作系统生成时未登记入系统的非标准设备。如鼠标、

2、绘图仪、扫描仪等。2.按传输速率分类低速、中速、高速设备（指传输速率）3.按使用特性分类存储设备、I/O设备（1）独占设备：指在一段时间内只允许一个用户（进程）访问的设备，大多数低速的I/O设备。如用户终端、打印机等属于这类设备。因为独占设备属于临界资源，所以多个并发进程必须互斥地访问独占设备。4.按设备共享属性分类（*）（2）共享设备：指在一段时间内允许多个进程同时访问的设备。显然，共享设备必须是可寻址的和可随机访问的设备，典型的共享设备是磁盘。（3）虚拟设备：指通过虚拟技术将一台独占设备变换

3、为若干台供多个用户（进程）共享的逻辑设备。一般可以利用假脱机（SPOOLing）技术实现虚拟设备。二、设备管理的功能（1）设备分配和回收。按照设备类型和相应的分配算法决定将I/O设备分配给哪一要求使用该设备的进程。凡未分配到所需设备的进程被放入一个等待队列。（2）设备处理。设备处理程序实现CPU和设备控制器之间的通信。即当CPU向设备控制器发出I/O指令时，设备处理程序应启动设备进行I/O操作，并能对设备发来的中断请求作出及时的响应和处理。（3）实现其他功能。包括对缓冲区的管理功能及实现设备独立

4、性。三、设备管理的目标（1）提高设备的利用率。应尽量提高CPU与I/O设备之间的并行操作程度，主要利用的技术有：中断技术、DMA技术、通道技术和缓冲技术。（2）为用户提供方便、统一的界面。所谓方便，是指用户能独立于具体设备的复杂物理特性之外而方便使用设备。所谓统一，是指对不同的设备尽量使用统一的操作方式，例如各种字符设备用一种I/O操作方式。这就要求用户操作的是简便的逻辑设备，而具体的I/O物理设备有操作系统去实现，这种性能常常被称为设备的独立性。5.2设备I/O方式1、询问（Query）:询问

5、方式又称程序直接控制方式，在这种方式下，输入输出指令或询问指令测试一台设备的忙闲标志位，决定主存储器和外围设备是否交换一个字符或一个字。实时系统中必需采用，在一般简单系统中也广泛采用，但系统开销较大。CPU和I/O设备串行工作，每次进行输入输出工作，都需要由主机CPU干预；2、中断（interrupt）:CPU启动I/O设备后，不必查询I/O设备是否就绪，继续执行现行程序，直到在启动指令后的某条指令，响应了I/O中断请求，CPU才转至I/O中断处理程序执行。中断工作主要由中断请求、中断响应和中断

6、服务处理组成。“中断”的产生使管理工作更能“自动化”。I/O操作直接由CPU控制，每传送一个字符或字，要发生一次中断，仍然消耗大量CPU时间。医生查房（“询问”），以便及时掌握病情。病床旁红灯是紧急请求医生的按钮（“中断请求”）。常规医疗处理医生委托护士（“硬通道”）去做。但护士只有执行权而无修改权。4、通道（Channel）：又称输入输出处理器。完成主存和外设之间的信息传送，与CPU并行工作，解决了输入输出操作的独立性和各部件工作的并行性。当输入输出操作完成，通道发出操作结束中断时，CPU才停

7、止当前工作，转向处理输入输出操作结束事件。3、DMA(DirectMemoryAccess):直接存储器存取方式。主存和I/O设备之间有一条数据通路,I/O设备能直接与主存交换数据而不占用CPU，实际操作直接由DMA完成。CPU的利用率进一步提高。DMA方式与中断方式比较(1)中断方式下,CPU需要执行多条指令，占用一定的时间；而DMA传送1个字节只占用CPU的1个总线周期，占用CPU的时间少。(2)DMA的响应速度比中断快。I／O设备发出中断请求后，CPU要执行完当前指令后才给予响应，而DMA

8、请求是在总线周期执行完后即可响应。(3)对于快速的I／O设备，中断方式，其传输速度已无法满足要求。必须采用DMA方式来完成快速I／O设备的数据传送的操作。通道技术1.通道的定义：通道（Channel）是独立于CPU的专门负责数据输入/输出传输工作的处理机，对外部设备实现统一管理，代替CPU对输入/输出操作进行控制，从而使输入，输出操作可与CPU并行操作。2.引入通道的目的为了使CPU从I/O事务中解脱出来，同时为了提高CPU与设备、设备与设备之间的并行工作能力。主要目的是启动外设时：a.提高了控