操作系统-设备管理

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1、第五章设备管理第五章设备管理5.2I/O控制方式5.3缓冲管理5.4I/O软件5.5设备分配5.6磁盘存储器管理5.1I/O系统5.1I/O系统引述在计算机系统中，除了处理机和存储器外，还有用于实现信息输入、输出和存储的设备，以及相应的设备控制器，I/O通道或I/O处理机等。设备管理的对象主要是I/O设备，另外还有设备控制器和I/O通道。设备管理的基本任务完成用户提出的I/O请求，提高I/O速率以及提高I/O设备的利用率。I/O设备种类多，且特性和操作方式相差很大，使得设备管理成为OS中最繁杂且与硬件最紧密相关的部分。I/O性能经常

2、成为系统性能的瓶颈。5.1I/O系统5.1.1I/O设备1、I/O设备的类型（1）按使用特性分类存储设备：如磁盘。输入/输出设备：输入：如键盘、鼠标、扫描仪、摄像头、传感器输出：如打印机显示器、音响输出。（2）按传输速率分类低速设备：速度每秒几字节至数百个字节如键盘、鼠标器、语音的输入输出等设备。中速设备：每秒数千个字节至数十万个字节如行式打印机、激光打印机等。高速设备：每秒数百个千字节至千兆字节如磁带机、磁盘机、光盘机等。5.1I/O系统5.1.1I/O设备1、I/O设备的类型（3）按信息交换的单位分类块设备：以数据块为单位存取信

3、息，如磁盘。传输速率高几兆位每秒，可寻址字符设备：以字符为单位存取信息，如键盘、打印机等。传输速率低，几百至几千字节，不可寻址，常采用中断驱动方式进行输入输出。（4）按共享属性分类独占设备：一段时间内存只允许一个进程访问的设备。共享设备：一段时间内允许多个进程同时访问的设备。虚拟设备：通过虚拟技术将一台独占设备变幻成多台逻辑设备，供多个进程同时使用。5.1I/O系统5.1.1I/O设备2、I/O设备与控制器之间的接口通常，设备并不是直接与CPU进行通信，而是与设备控制器通信。因此，在设备与设备控制器之间应有一接口。数据信号线：传输数

4、据信号控制信号线：发送控制信号，规定设备执行的操作状态信号线：指示设备当前状态信号5.1I/O系统5.1.2设备控制器1、基本概念设备控制器是CPU与I/O设备间的接口设备控制器接收从CPU发来的命令，并控制I/O设备工作，使处理机从繁杂的设备控制事务中解脱出来。设备控制器常做成印刷电路卡形式，称为接口卡，如显卡、声卡等。设备控制器可控制一个或多个同类I/O设备。5.1I/O系统5.1.2设备控制器2、基本功能（1）接收和识别命令（2）数据交换（3）标识和报告设备的状态（4）地址识别（5）数据缓冲（6）差错控制5.1I/O系统5.1

5、.2设备控制器3、设备控制器的组成设备控制器处于CPU与设备之间，它既要与CPU通信，又要与设备通信，还应具有按照CPU所发来的命令去控制设备工作的功能。由以下三部分组成：设备控制器与CPU的接口设备控制器与设备的接口I/O逻辑设备控制器CPU设备1设备i…5.1I/O系统5.1.2设备控制器3、设备控制器的组成设备控制器设备1设备iCPU…5.1I/O系统5.1.3I/O通道1、I/O通道的引入虽然在CPU与I/O设备之间增加了设备控制器，但当外设很多时，CPU的负担仍很重。为此，在CPU和设备控制器之间又增设了I/O通道。其目的

6、是使一些原来由CPU处理的I/O任务转由通道来承担，从而进一步把CPU从繁杂的I/O任务中解脱出来。I/O通道是一种特殊的处理机，专门负责数据的输入输出操作。具有执行I/O指令的能力，I/O指令用来控制I/O操作。5.1I/O系统5.1.3I/O通道2、I/O通道的类型字节多路通道主通道以字节为单位传送数据，多个子通道与每个设备连接，子通道按时间片轮转方式共享主通道。抢占式。数组选择通道主通道按数组方式传送数据，只有一个子通道连接设备，子通道非抢占式使用通道传输数据。数组多路通道主通道按数组方式传送数据，多个子通道与设备连接，子通道

7、按时间片轮转方式共享主通道。5.1I/O系统5.1.3I/O通道2、I/O通道的类型字节多路通道的工作原理5.1I/O系统5.1.3I/O通道3、“瓶颈”问题由于通道价格昂贵，致使机器中所设置的通道数量势必较少，这又往往使它成为I/O的瓶颈，进而造成整个系统吞吐量的下降。5.1I/O系统5.1.3I/O通道3、“瓶颈”问题解决方案：增加设备到主机间的通路而不增加通道。5.1I/O系统5.1.4总线系统计算机系统中的各部件，如cpu、存储器及各种I/O设备之间的联系，都是通过总线实现的。5.1I/O系统5.1.4总线系统与主板连接的接

8、口主要ISA、EISA、VESA、PCI、AGP等几种。ISA和EISA总线带宽窄、速度慢，VESA总线扩展能力差，这三种总线已经被市场淘汰。现在常见的是PCI和AGP接口。PCI总线接口，以1/2或1/3的系统总线频率工作，如果要在