网络操作系统 潘峰 高佳琴 主编 第5章 设备管理

《网络操作系统 潘峰 高佳琴 主编 第5章 设备管理》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第5章设备管理5.1设备管理概述现代计算机系统都配置有各种外部设备，如打印机、显示器等。外部设备一般是指输入/输出设备，简称I/O设备。各种外部设备不仅种类繁多，而且它们的特性和操作方式往往相差也很大，用户不可能、也不需要详细了解这些设备的控制技术，它们都是由操作系统统一管理的。5.1.1设备管理的任务和功能设备管理的主要任务是提高外部设备的利用率，实现外部设备与其他计算机部件之间的并行操作，尽可能提高系统的效率，以及方便用户，使用户摆脱在使用各种不同种类的外设时出现的困扰，以非常简便的方式使用各种外部设备。具体地说，设备管理应实现如下功能：1．设备分配2．

2、设备处理3．缓冲管理4．虚拟设备5.1.2设备的分类计算机设备种类繁多，从不同的角度出发，设备可分成不同的类型：1．按设备的从属关系分类这种分类方法将设备分为系统设备和用户设备。系统设备是指在操作系统生成时已经登记在操作系统中的标准设备，如键盘、显示器、打印机等。用户设备是指操作系统生成时未登记在系统中的非标准设备，如绘图仪、扫描仪等。2．按操作特性分类这种分类方法将设备分为存储设备和I/O设备。存储设备用来存放各种信息，如磁带、磁盘等。I/O设备是指向CPU传输信息或输出经过CPU加工处理信息的设备，如键盘、显示器和打印机等。3．按设备共享属性分类这种分类

3、方法将设备分为独享设备、共享设备和虚拟设备。独享设备是指在一段时间内只允许一个进程访问的设备，多数低速I/O设备都属于独享设备，如打印机。共享设备是指在一段时间内允许多个进程同时访问的设备，如磁盘。虚拟设备是指通过虚拟技术将一台独享设备改造成若干台逻辑设备，供多个进程同时使用的设备，如虚拟打印机。4．按信息交换单位分类这种分类方法将设备分为字符设备和块设备。字符设备处理信息的基本单位是字符，如键盘、显示器、打印机等。块设备处理信息的基本单位是字符块，一般块的大小为512B～4KB，如磁带、磁盘等。5.1.3I/O系统结构1．微机I/O系统由于微型机本身比较简

4、单，所以其I/O系统多采用总线型I/O系统结构，如图5-1所示。由图中可以看出，CPU和存储器是直接连接到总线上的，I/O设备是通过设备控制器连接到总线上。CPU并不直接与I/O设备进行通信，而是与设备控制器进行通信，并通过它去控制相应的设备。因此，设备控制器是CPU与设备之间的接口，应根据设备的类型配置相应的设备控制器。图5-1微机I/O系统2．主机I/O系统当主机配置的I/O设备较多，特别是配置了较多的高速外设时，如果所有设备的控制器还是通过一条总线与CPU通信，则会加重CPU与总线的负担。为此，在I/O系统中不采用单总线结构，而是增加一级I/O通道，用

5、来代替CPU实现对各设备控制器的控制，减轻CPU的负担。具有通道的I/O系统结构如图5-2所示。图5-2主机I/O系统5.1.4设备控制器与I/O通道1．设备控制器设备控制器是CPU与I/O设备之间的接口，它接收从CPU发来的命令，并控制I/O设备工作，使CPU从繁杂的设备控制事务中解脱出来，提高了CPU的使用效率。设备控制器是一个可编址设备，每一个地址对应一个设备。当它仅控制一个设备时，它只有一个设备地址，若控制器连接多个设备时，则具有多个设备地址。2．I/O通道I/O通道是指专门负责输入输出工作的处理机，它有自己的指令系统，能按照指定的要求独立完成输入输

6、出操作。但I/O通道又与一般的处理机不同，主要表现在以下两个方面：（1）指令类型单一，一般只有数据传送指令和设备控制指令。（2）通道没有自己的内存，通道所执行的通道程序是存放在主机的内存中的，即通道与CPU共享内存。5.2I/O控制方式5.2.1程序直接控制方式程序直接控制方式也称为查询等待方式，用于早期的无中断的计算机系统中。在程序直接控制方式下，数据的输入过程如下：当用户进程需要输入数据时，由处理机向设备控制器发出一条I/O指令，启动设备进行输入。在设备输入数据期间，处理机通过循环执行测试指令不间断地检测设备状态寄存器的值，当状态寄存器的值显示设备输入完

7、成时，处理机将数据寄存器的数据取出，送入内存指定的存储单元，然后再启动设备去读取下一个数据。程序直接控制方式的工作过程非常简单，但由于CPU要循环测试设备的状态，浪费了大量的CPU处理时间，所以CPU的利用率相当低。5.2.2中断控制方式现代计算机系统中，对I/O设备的控制广泛采用了中断控制方式。它减少了程序直接控制方式中CPU的等待时间，提高了CPU与设备的并行性。中断控制方式下，数据的输入过程如下：首先由CPU向设备控制器发出指令启动设备输入数据，在设备输入数据的同时，CPU可以去做其他的工作。当设备输入完成时，设备控制器向CPU发出中断信号，CPU在接

8、收到中断信号后，转去执行设备中断处理程序。设备中断处