计算机操作系

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1、计算机操作系统原理第4章设备管理4.1设备管理概述4.1.1设备管理的分类4.1.2设备管理的功能4.1.3设备管理的目标4.1.4设备管理结构4.1.5设备控制器和I/O通道4.1.1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。用户设备：指操作系统生成时未登记入系统的非标准设备。4.1.1设备管理的分类2、按传输速率分类低速设备：指传输速率为每秒几个字节至数百个字节的设备，如键盘、鼠标、语音输入等。中速设备：指传输速率为每秒数千个字节至数万个字节的设备，如打印机等。高速设备：指传输速率为每秒数兆

2、字节的设备，如磁盘、光盘等。4.1.1设备管理的分类3、按使用特性分类存储设备：是计算机用来保存各种信息的设备，如磁盘、磁带等。I/O设备：是向CPU传输信息或输出CPU加工处理信息的设备。4.1.1设备管理的分类4、按设备共享属性分类独占设备：指在一段时间内只允许一个用户（进程）访问的设备。共享设备：指在一段时间内只允许多个进程访问的设备。虚拟设备：指通过虚拟技术将一台独占设备变换为若干台供多个用户（进程）共享的逻辑设备。4.1.1设备管理的分类5、按信息交换单位分类字符设备：是指处理信息的基本单位是字符的设备，如键盘、打印机、显示器等。

3、块设备：是指处理信息的基本单位是字符块的设备，如磁盘等。4.1.2设备管理的功能1、设备分配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的进程，包括设备控制器和通道。4.1.2设备管理的功能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。①在设置有通道的系统中，应根据用户提出的I/O要求，构成相应的通道程序，提供给通道去执行；②启动指定的设备进行I/O操作；③对通道发来的中断请求作出及时的响应和处理。4.1.2设备管理的功能3、其它功能包括对缓冲区的管理功能及实现设备独立性。设备独立性指用户程序不必考虑物理设备的

4、实现细节。4.1.3设备管理的目标1、提高设备的利用率提高CPU与I/O设备、I/O设备与I/O设备之间的并行操作程度2、为用户提供方便、统一的界面4.1.4设备管理结构1、逻辑I/O也称虚拟设备，是面向用户的设备，不涉及实际设备控制。对用户接口提供抽象命令对通信设备则是通信体系结构对文件存储设备是文件系统的逻辑结构4.1.4设备管理结构2、设备I/O逻辑设备到物理设备之间的过渡，将用户命令转换到设备的一个操作系列。4.1.4设备管理结构3、调度和控制直接面对硬件的控制细节，体现为设备的驱动程序。4.1.5设备控制器和I/O通道1、设备控制

5、器设备一般由机械和电子两部分组成，设备的电子部分通常称为设备控制器。接收和识别来自CPU的各种命令，实现CPU与控制器、控制器与设备之间的数据交换，记录设备的状态供CPU查询，识别控制的每个设备地址。4.1.5设备控制器和I/O通道2、I/O通道指专门用于负责输入/输出工作的处理机。它有自己的I/O指令系统。4.2I/O控制方式4.2.1程序直接控制方式4.2.2中断控制方式4.2.3DMA控制方式4.2.4通道控制方式4.2.1程序直接控制方式在这种方式下控制者是用户进程，当用户进程需要输入或输出数据时，它通过CPU发出启动设备的指令，然

6、后，用户进程进入测试等待状态。在这种方式中CPU的大量时间用在了等待输入输出的循环测试上，使主机不能充分发挥效率，外设也不能得到合理使用，整个系统效率很低。4.2.2中断控制方式进程需启用I/O设备时，由CPU向外备控制器发出一条I/O指令，然后返回继续工作，待I/O设备准备好后，向CPU发出中断请求，CPU再对外备做数据传输处理。虽然中断的引入改善了中央处理机的利用率，但I/O操作毕竟还是由CPU控制的，此时每传输一个字或字符，往往就要做一次中断处理。由此可见，当I/O设备很多时，CPU可能完全陷入I/O处理中。4.2.3DMA控制方式当

7、进程要求与外设传输数据时，CPU向DMA控制器发送一条传送指令，并将内存地址、传送字节数、设备号等信息传给DMA控制器，由DMA控制器负责内存与外设间的数据传输，数据传输完成后，DMA控制器向CPU发中断请求善后处理。内存地址寄存器MAR数据寄存器DR；数据计数器DC命令/状态寄存器CRDMA控制器的组成DMA方式的工作流程4.2.3DMA控制方式DMA方式的特点1）数据传输的基本单位是数据块，I/O操作的类型比较简单2）需要使用专门的DMA控制器。3）一般采用总线控制权挪用方法。4）在传送开始和结束时，才需要CPU的干预。4.2.4通道控

8、制方式通道控制（ChannelControl）方式与DMA方式类似，也是一种以内存为中心，实现设备和内存直接交换数据的控制方式。4.2.4通道控制方式通道方式与DMA方式不同点1