操作系统-第5章-设备管理

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1、第5章设备管理专注成就未来内容I/O系统1I/O控制方式2缓冲管理3I/O软件4设备分配5磁盘存储器的管理6第一节I/0系统第二节I/O控制方式第三节缓冲管理第四节I/O软件第五节设备分配第六节磁盘存储器的管理第五章设备管理设备管理是指操作系统对除了CPU和内存以外的，所有输入/输出设备的管理，诸如设备控制器、通道、中断控制器等等。中央处理器外存储器内存储器输出设备系统总线输入设备适配器适配器适配器I/O端口I/O端口外存储器接口控制器运算器存储器对于设备我们所关心的问题内存允许多用户作业存在，它们的运行势必涉及到I/O设备。1、对于设备本身：如何有效利用2、对于设备

2、和CPU：如何发挥并行工作3、对于设备和用户：如何方便实用CPU与I/O的速度差别大，所以尽量使两者交叠运行，减少由于速度差异造成的整体性能开销。第一节I/O系统顾名思义，I/O系统是用于实现数据输入、输出及数据存储的系统。1、按设备的使用特性分类a.存储设备：各种外部存储设备，主要是硬盘；b.输入/输出设备：又具体可分为输入设备、输出设备和交互式设备。一、I/O设备分类2、按设备的传输速率分类a.低速设备：其传输速率仅为每秒钟几个字节至数百个字节。如键盘、鼠标器、语音的输入和输出等设备。b.中速设备：其传输速率在每秒钟数千个字节至数十万个字节。如行式打印机、激光打印

3、机等。c.高速设备：其传输速率在数百个千字节至千兆字节。如磁带机、磁盘机、光盘机等。一、I/O设备分类一、I/O设备分类3、按信息交换的单位分类a、块设备：设备上传送的信息是以块为单位组织的。如：磁盘、光盘等。特点：有结构；可寻址；I/O采用DMA方式b、字符设备：设备上传送的信息是以字符为单位组织的。如：键盘、打印机等。特点：无结构；不可寻址；I/O采用中断驱动。ABCDE4、按设备的共享属性分类a.独享设备：是指在用户作业的整个运行过程中为其独占的设备，以保证传输信息的连贯性；b.共享设备：是指允许若干个用户可同时使用的设备；c.虚拟设备：通过SPOOLING技术

4、将独占设备改造成能为若干个用户共享的设备。一、I/O设备分类动画演示什么是SPOOLing技术申请独占设备:打印机已被占用申请独占设备:打印机磁盘中的某个文件我就是打印机！虚拟设备独占变成了共享5、按设备所属关系分类a.系统设备：系统生成时已登录在系统中的标准设备；b.用户设备：系统生成时未登录在系统中的非标准设备。一、I/O设备分类二、设备与控制器之间的接口缓冲转换器控制逻辑信号数据数据信号线状态信号线控制信号线至设备控制器I/O设备接口通常，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I/O设备中应含有与设备控制器间的接口，在该接口中有三种类型的

5、信号，各对应一条信号线。控制一个或多个I/O设备，以实现I/O设备和计算机之间的数据交换。它是CPU和I/O设备之间的接口，它接收从CPU发来的命令，并去控制I/O设备工作，以使CPU从繁杂的设备控制事务中解脱出来。分类：控制字符设备的控制器控制块设备的控制器常在微型机和小型机中做成印刷电路卡的形式，也称为接口卡。三、设备控制器声卡显卡视频压缩卡1．设备控制器的基本功能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）差错控制三、设备控制器2．设备控制器的组成数据寄存器控制/状态寄存器数据线I/O逻辑…控制器与设备接口1控制器与设备接口

6、i数据状态控制数据状态控制…地址线控制线CPU与控制器接口控制器与设备接口目的：是为了建立独立的I/O操作，不仅使数据的传送独立于CPU，而且也希望有关对I/O操作的组织、管理及其结束处理尽量独立，以保证CPU有更多的时间去进行数据处理；（或者说，是使一些原来由CPU处理的I/O任务转由通道来承担）。通道又称I/O处理机。它也是完成内存与外设之间的直接的数据交换。四、I/O通道为何要引入通道？四、I/O通道工作流程：在设置了通道后，1）CPU只需向通道发送一条I/O指令。2）通道在收到该指令后，便从内存中取出本次要执行的通道程序，3）然后执行该通道程序，4）仅当通道完

7、成了规定的I/O任务后，才向CPU发中断信号。采用通道技术后，不仅能实现CPU与通道之间的并行操作，而且通道与通道之间、各通道上连接的外设之间都能实现并行操作。通道有自己的通道指令，并设有通道控制器和自己的指令执行机构。只要CPU发出通道启动指令，指出通道相应的操作和I/O设备，该指令就可启动通道并使通道从内存调出相应的通道指令执行。CPU通道通道控制器控制器控制器控制器ABCDEFGH四、I/O通道通道类型1）字节多路通道字节多路通道可连接多个慢速外围设备，如打印机。它以字节为单位交叉地与外设进行数据交换。但一台设备传送一个字节后，立即转去为另一台