第九章 外围设备管理

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1、引言数据传输控制方式中断技术缓冲技术设备分配I/O进程控制设备驱动程序第九章设备管理（外围）外设的特点种类多差异大(控制和速度)外设管理目的包括外设资源的控制外设资源的共享提高外设资源的利用率。简介9.1引言I/O设备管理的重要性外部设备类型和特征设备管理的目的和功能外设管理结构1、I/O管理的重要性I/O设备就像计算机系统的五官和四肢I/O性能经常成为系统性能的瓶颈CPU性能不等于系统性能响应时间也是一个重要因素CPU性能越高，与I/O差距越大弥补：更多的进程进程切换多，系统开销大1、I/O管理

2、的重要性操作系统庞大复杂的原因之一是：资源多、杂，并发，均来自I/O理解I/O的工作过程与结构是理解操作系统的工作过程与结构的关键I/O技术很实用与其他功能联系密切，特别是文件系统2、外部设备类型和特征人机交互设备：视频显示设备、键盘、鼠标、打印机与计算机或其他电子设备交互的设备：磁盘、磁带、传感器、控制器计算机间的通信设备：网卡、调制解调器按交互对象分类按交互方向分类输入（可读）：键盘、扫描仪输出（可写）：显示设备、打印机输入/输出（可读写）：磁盘、网卡按外设特性分类数据传输率：低速(如键盘)、

3、中速(如打印机)、高速(如网卡、磁盘)信息组织特征：单个字符或数据块字符设备(如打印机)：通常的输入输出型设备，以字符为单位存储、传输信息；不可寻址块设备(如磁盘)：以数据块为单位存储、传输信息。可寻址按使用特性对外部设备的分类从程序使用角度分类逻辑设备:用户程序中使用的设备物理设备：实际完成I/O操作的设备按资源分配角度分类独占设备在一段时间内只能有一个进程使用的设备，一般为低速I/O设备。如打印机，磁带等。共享设备在一段时间内可有多个进程共同使用的设备，多个进程以交叉的方式来使用设备，其资源利

4、用率高。（如硬盘）虚设备在一类设备上模拟另一类设备，常用共享设备模拟独占设备，用高速设备模拟低速设备，被模拟的设备称为虚设备.（实例：SPOOLing技术，利用虚设备技术——用硬盘模拟输入输出设备）3、外设管理的目的和功能1）外设管理目的提高效率：提高I/O访问效率，匹配CPU和多种不同处理速度的外设方便使用：方便用户使用，对不同类型的设备统一使用方法，协调对设备的并发使用方便控制：方便OS内部对设备的控制：增加和删除设备，适应新的设备类型2）设备管理功能提供设备使用的用户接口：命令接口和编程接口

5、设备分配和释放：使用设备前，需要分配设备和相应的通道、控制器。设备的访问和控制：包括并发访问和差错处理（虚拟设备）。I/O缓冲和调度：目标是提高I/O访问效率3）设备管理的任务选择和分配输入输出设备以进行数据传输操作控制输入输出设备和CPU之间数据交换为用户提供一个友好的用户接口，使得用户在使用和编程时不需要了解硬件特性提高设备和设备之间、CPU和设备之间、进程和进程之间的并行操作度5、外部管理结构UserProcessLogicalI/ODeviceI/OScheduling&Control(D

6、eviceDriver)HardwareCommunicationsArchitecture5、外部管理结构逻辑I/O：逻辑设备(也称为虚拟设备)实体，不涉及实际的设备控制；针对用户接口，提供抽象的命令，如：Open,Close,Read,Write。针对通信设备，则是通信体系结构如网络协议栈；针对文件存储设备，是文件系统的逻辑结构控制；设备I/O：逻辑设备与物理设备间的过渡协调机构。用户命令到设备操作序列的转换I/O缓冲：提高I/O效率。5、外部管理结构调度和控制：物理设备控制实体；直接面对硬件

7、设备的控制细节。这部分通常体现为设备驱动程序。并发I/O访问调度设备控制和状态维护中断处理9.2数据传送控制方式（I/O控制技术）*是本章重点内容之一，也是考点设备管理任务之一－控制设备和内存或CPU之间的数据传送外围设备与内存间常用的数据传送控制方式：程序直接控制方式中断控制方式DMA方式通道方式评价数据传送控制方式的原则数据传输速度足够高，能满足用户的需要但又不丢失数据系统开销小，所需的处理控制程序少能充分发挥硬件资源的能力，使得I/O设备尽量忙，而CPU等待时间少9.2.1程序直接控制方式概

8、念：I/O操作由程序发起，并等待操作完成。数据的每次读写通过CPU。1、程序控制I/O(programmedI/O)处理过程2、程序控制缺点在外设进行数据处理时，CPU只能等待。CPU与外设只能串行工作只适用于CPU执行速度较慢，且外围设备较少的系统9.2.2中断驱动方式(Interrupt-drivenI/O)概念：I/O操作由程序发起，在操作完成时（如数据可读或已经写入）由外设向CPU发出中断，通知该程序。数据的每次读写通过CPU。1、中断控制方式的传送结构2、中断驱动方式处理