操作系统设备管理(PPT57页)
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操作系统-设备管理
32
5.2 I/O控制方式
பைடு நூலகம்
I/O控制方式是随着计算机技术的发展而不断发展的。 在I/O控制方式的整个发展过程中，始终贯穿的宗旨是： 尽量减少主机对I/O控制的干预，把主机从反之的I/O控 制事物中解脱出来，以便更多地去完成数据处理任务。 早期采用程序控制I/O方式； 当在系统中引入中断机制后，便发展为中断驱动方式; 随着DMA控制器的出现，又使I/O方式在传输单位上发 生了变：即从以字节为单位的传输扩大到以数据块为 单位进行传输。从而改善了块设备的I/O性能； 通道的引入，又使对I/O操作的组织和数据的传送都能 独立进行而无需CPU干预。
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。 I/O缓冲和调度：目标是提高I/O访问效率（主要是 磁盘）。
6
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10
11
5.1
• I/O系统的结构
I/O系统
12
A typical PC bus structure
13
图5-1 设备与控制器间的接口
控制信号线：作为设备控制器向 I/O设备发送控制信号时的通路。 数据信号线：用于在设备和设备控制器之间传送数据信号。输入设备：外界 状态信号线：用于传送指示设备当前状态的信号。 该信号规定了设备将要执行的操作： 输入的信号经转换器转换后形成的数据，通常先送入缓冲器中，当数据量达 设备的当前状态有： 读操作（指由设备向控制器传送数据） 到一定的比特数后，再从缓冲器通过一组数据信号线传送给设备控制器。输 正在读（写） 写操作（从控制器接收数据） 出设备：将从设备控制器经过数据信号线传送来的一批数据先暂存于缓冲器 设备已读（写）完成，并准备好新的数据传送。 中，经转换器作适当转换后，再逐个字符地输出。
5.2 I/O控制方式
பைடு நூலகம்
I/O控制方式是随着计算机技术的发展而不断发展的。 在I/O控制方式的整个发展过程中，始终贯穿的宗旨是： 尽量减少主机对I/O控制的干预，把主机从反之的I/O控 制事物中解脱出来，以便更多地去完成数据处理任务。 早期采用程序控制I/O方式； 当在系统中引入中断机制后，便发展为中断驱动方式; 随着DMA控制器的出现，又使I/O方式在传输单位上发 生了变：即从以字节为单位的传输扩大到以数据块为 单位进行传输。从而改善了块设备的I/O性能； 通道的引入，又使对I/O操作的组织和数据的传送都能 独立进行而无需CPU干预。
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。 I/O缓冲和调度：目标是提高I/O访问效率（主要是 磁盘）。
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5.1
• I/O系统的结构
I/O系统
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A typical PC bus structure
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图5-1 设备与控制器间的接口
控制信号线：作为设备控制器向 I/O设备发送控制信号时的通路。 数据信号线：用于在设备和设备控制器之间传送数据信号。输入设备：外界 状态信号线：用于传送指示设备当前状态的信号。 该信号规定了设备将要执行的操作： 输入的信号经转换器转换后形成的数据，通常先送入缓冲器中，当数据量达 设备的当前状态有： 读操作（指由设备向控制器传送数据） 到一定的比特数后，再从缓冲器通过一组数据信号线传送给设备控制器。输 正在读（写） 写操作（从控制器接收数据） 出设备：将从设备控制器经过数据信号线传送来的一批数据先暂存于缓冲器 设备已读（写）完成，并准备好新的数据传送。 中，经转换器作适当转换后，再逐个字符地输出。
操作系统ppt课件完整版
分时操作系统
分时操作系统采用时间片轮转的方式处理 多个用户的请求，保证了每个用户都能得 到及时的响应。
网络操作系统
网络操作系统具有强大的网络管理功能， 支持多种网络协议和网络服务，使得计算 机网络更加高效、可靠、安全。
实时操作系统
实时操作系统能够在规定的时间内对外部 输入的信息做出处理，并控制所有实时设 备和实时任务协调一致地工作。
动态分区
根据作业的大小动态地建 立分区，使分区大小正好 适应作业的需要。
分区的分配与回收
采用一定的算法将空闲分 区分配给请求者，当作业 完成后将作业占用的分区 回收。
页式存储管理
01 02
基本思想
将程序的逻辑地址空间划分为固定大小的页，而物理内存划分为同样大 小的页框。程序加载时，可将任意一页放入内存中任意一个页框，实现 离散分配。
中断处理的概念
中断处理是指当设备发出中断请求时，CPU暂 停当前任务并转去处理中断请求的过程。
ABCD
设备驱动程序的功能
包括设备的初始化、设备的打开和关闭、设备的 读写以及设备的状态查询等。
中断处理的流程
包括中断请求的响应、中断服务程序的执行以及 中断返回等步骤。
06
操作系统安全与保护
操作系统安全概述
THANKS
感谢观看
访问控制与安全策略
访问控制机制
操作系统通过用户认证、文件权限、访问控制列表（ACL）等机制 实现访问控制，防止未经授权的访问。
安全策略实施
操作系统应实施强制访问控制（MAC）、自主访问控制（DAC） 等安全策略，确保只有经过授权的用户才能访问敏感资源。
审计与监控
操作系统应具备审计和监控功能，记录用户的操作行为，以便事后分 析和追责。
设备管理系统PPT课件
9
如何建立设备管理系统
作业项目
交付标的物
健全设备管理机构、明确职责
1、制度:《设备管理制度-职责》、《重点岗位要求及职责》
设备档案与资料管理 建立设备缺陷及事故管理机制 AM/PM制度的执行及稽查 建立备品备件管理机制 建立设备信息统计机制 建立资产管理机制 培训制度的建立
1、表单:《设备台帐》、《设备图册》 2、制度:《资料借用制度》
1、表单:《设备缺陷报告》、《事故处理报告》、《故障代码表》 2、流程:设备事故流程
1、表单:《年月维修计划表》、《维修工单》、《维修成本核算单》 《设备点检表》、《设备巡检表》、《设备预防维修工单》
2、制度:《巡点检考核制度》
1、表单:《备件台帐》、《备件计划》、《备件出入库表》 《备件库存表》、《备件盘点表》、《供应商评审记录》
指标：按照组织/产业/位阶进行制定
11
敬 請指教
12
备件管理
设备采购
• 产能
分析现有设备是否满足 产能需求，以满足企业 发展需求（选型、调研、 设计等过程）
资产管理
• 优化
通过资产管理能够优化 设备的资料管理及技 术管理
• 周期
• 成本
降低维修费用，节约成本
做好维护管理能够延
长设备使用周期，减 缓故障发生周期，主 要是建立AM/PM管理 体系
5
设备管理的价值
物质运动
指设备从研究、设计、制造或从选购进厂验收 投入生产领域开始，经使用、维护、修理、更新、 改造直至报废退出生产领域的全过程
价值运动
最初投资、运行费用、折旧、收益以及更新改造 自己的措施和运用等
3
设备管理的核心
维护管理
设备管理
采购管理
如何建立设备管理系统
作业项目
交付标的物
健全设备管理机构、明确职责
1、制度:《设备管理制度-职责》、《重点岗位要求及职责》
设备档案与资料管理 建立设备缺陷及事故管理机制 AM/PM制度的执行及稽查 建立备品备件管理机制 建立设备信息统计机制 建立资产管理机制 培训制度的建立
1、表单:《设备台帐》、《设备图册》 2、制度:《资料借用制度》
1、表单:《设备缺陷报告》、《事故处理报告》、《故障代码表》 2、流程:设备事故流程
1、表单:《年月维修计划表》、《维修工单》、《维修成本核算单》 《设备点检表》、《设备巡检表》、《设备预防维修工单》
2、制度:《巡点检考核制度》
1、表单:《备件台帐》、《备件计划》、《备件出入库表》 《备件库存表》、《备件盘点表》、《供应商评审记录》
指标：按照组织/产业/位阶进行制定
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敬 請指教
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备件管理
设备采购
• 产能
分析现有设备是否满足 产能需求，以满足企业 发展需求（选型、调研、 设计等过程）
资产管理
• 优化
通过资产管理能够优化 设备的资料管理及技 术管理
• 周期
• 成本
降低维修费用，节约成本
做好维护管理能够延
长设备使用周期，减 缓故障发生周期，主 要是建立AM/PM管理 体系
5
设备管理的价值
物质运动
指设备从研究、设计、制造或从选购进厂验收 投入生产领域开始，经使用、维护、修理、更新、 改造直至报废退出生产领域的全过程
价值运动
最初投资、运行费用、折旧、收益以及更新改造 自己的措施和运用等
3
设备管理的核心
维护管理
设备管理
采购管理
第五章设备管理-PPT精品
计算机操作系统
第五章 设备管理
组成
CPU与控制器接口
数据线 地址线
数据寄存器
控制/状态 寄存器
控制线
计算机操作系统
控 制器 与 设备 接 口
控制器 与设备 接口1
数据 状态 控制
… …
I/O逻辑
控制器 与设备 接口i
数据 状态 控制
第五章 设备管理
5.1.3 I/O通道
计算机操作系统
1. I/O通道(I/O Channel)设备的引入
检查
状态？
I/O→CPU 出错
CPU与I/O设备速度不匹配，使得CPU极从大I/O浪控就制费绪器 中读入字 I/O→CPU
向存储器 中写字
CPU→内存
未完
传送
完成？
完成
下条指令
(a) 程序I/O方式
5.2.2 中断驱动I/O控制方式
CPU、设备并行工作 提高了系统的资源利用率和吞吐量 以字（节）为单位进行干预
计算机操作系统 第五章 设备管理
I /O设备通道、控制器连接方式（多通路）
处理机
内存
I/O通道 控制器
I/O通道 控制器
I/O设备 I/O设备 I/O设备 I/O设备
5.2 I/O控制方式
向I/O控制器 CPU→I/O 发读命令
5.2.1 程序I/O方式
忙-等方式
读I/O控制器 未 的状态 就 绪
★指令类型单一 ★通道没有自己的内存，通道与CPU共享内存
第五章操作系统
1) 字节多路通道(Byte Multiplexor Channel) 2) 数组选择通道(Block Selector Channel) 3) 数组多路通道(Block Multiplexor Channel)
操作系统PPT课件
分析在多用户与多任务环境下可能存在的安全风险，并介绍相应的安全
措施和策略。
07
安全性与可靠性保障
操作系统安全策略
访问控制
通过用户身份验证、权限 管理等手段，限制用户对 系统资源的访问，防止未 经授权的访问和操作。
加密技术
采用加密算法对敏感数据 进行加密存储和传输，确 保数据在传输和存储过程 中的安全性。
页面置换算法
虚拟内存的实现
当内存空间不足时，需要选择某个页面进 行置换，常见的置换算法有最优算法、先 进先出算法、最近最久未使用算法等。
需要硬件和软件的支持，如地址变换机构、 缺页中断机构、页面调度程序等。
页面置换算法
最优算法
选择未来最长时间不会被访问的页面 进行置换，需要预知未来的页面访问 情况，实际中难以实现。
命令行界面常用命令
列举并解释常见的命令行界面命令，如文件操作命令、网络命令、 系统管理命令等。
图形用户界面设计
01
图形用户界面（GUI ）概述
介绍图形用户界面的基本概念、 特点和优势。
02
图形用户界面设计 原则
讲解设计图形用户界面时需要遵 循的原则，如直观易用、美观大 方、符合用户习惯等。
03
图形用户界面常用 控件
文件概念
文件是操作系统中进行数据存储和管理的基本单位，通常是一段具有特定格式 和意义的二进制数据。
文件组织结构
常见的文件组织结构包括顺序结构、索引结构、链接结构和哈希结构。不同的 组织结构适用于不同的应用场景，如顺序结构适用于连续访问大量数据，而索 引结构则适用于随机访问。
文件访问权限控制
访问权限
设置通道控制器，负责管理和控制多 个I/O设备，进一步减轻CPU的负担 。
计算机操作系统ppt课件
计算机操作系统PPT课件
目录
• 计算机操作系统概述 • 进程管理与调度 • 内存管理策略 • 文件系统原理及应用 • 设备驱动程序开发实践 • 网络通信原理及实现方法 • 操作系统安全机制设计
01
计算机操作系统概述
定义与作用
定义
计算机操作系统是一种系统软件， 它是计算机上的一个关键组成部分。
作用
合理配置操作系统参数、调整网络 协议栈参数和优化应用程序设计等
方式提高网络通信性能。
07
操作系统安全机制设计
操作系统安全威胁分析
恶意软件攻击
包括病毒、蠕虫、特洛伊木马等，可能破坏系统完整性、 窃取信息或占用系统资源。
非法访问与越权操作
未经授权的用户尝试访问敏感数据或执行关键操作，可能 导致数据泄露或系统损坏。
结构
操作系统通常由内核、外壳、文件系 统、设备驱动程序等组成。
功能
操作系统的主要功能包括进程管理、内 存管理、设备管理、文件管理和用户接 口等。这些功能共同协作，确保计算机 系统的正常运行和高效使用。
02
进程管理与调度
进程概念及属性
进程定义
进程是计算机中的程序关于某数 据集合上的一次运行活动，是系 统进行资源分配和调度的基本单
虚拟内存技术原理及应用
虚拟内存技术原理
利用磁盘空间作为内存的扩展部分，将部分暂时不用的程序和数据存放到磁盘 上，以便腾出内存空间给急需的程序和数据。当需要再次使用这些程序和数据 时，再从磁盘上读入内存。
虚拟内存技术应用
实现进程的隔离和保护，提高内存利用率，支持多道程序设计和分时系统，使 得大型程序能够在小内存中运行。
操作系统的主要功能是管理计算机 硬件和软件资源，为用户提供一个 方便、高效的使用环境。
目录
• 计算机操作系统概述 • 进程管理与调度 • 内存管理策略 • 文件系统原理及应用 • 设备驱动程序开发实践 • 网络通信原理及实现方法 • 操作系统安全机制设计
01
计算机操作系统概述
定义与作用
定义
计算机操作系统是一种系统软件， 它是计算机上的一个关键组成部分。
作用
合理配置操作系统参数、调整网络 协议栈参数和优化应用程序设计等
方式提高网络通信性能。
07
操作系统安全机制设计
操作系统安全威胁分析
恶意软件攻击
包括病毒、蠕虫、特洛伊木马等，可能破坏系统完整性、 窃取信息或占用系统资源。
非法访问与越权操作
未经授权的用户尝试访问敏感数据或执行关键操作，可能 导致数据泄露或系统损坏。
结构
操作系统通常由内核、外壳、文件系 统、设备驱动程序等组成。
功能
操作系统的主要功能包括进程管理、内 存管理、设备管理、文件管理和用户接 口等。这些功能共同协作，确保计算机 系统的正常运行和高效使用。
02
进程管理与调度
进程概念及属性
进程定义
进程是计算机中的程序关于某数 据集合上的一次运行活动，是系 统进行资源分配和调度的基本单
虚拟内存技术原理及应用
虚拟内存技术原理
利用磁盘空间作为内存的扩展部分，将部分暂时不用的程序和数据存放到磁盘 上，以便腾出内存空间给急需的程序和数据。当需要再次使用这些程序和数据 时，再从磁盘上读入内存。
虚拟内存技术应用
实现进程的隔离和保护，提高内存利用率，支持多道程序设计和分时系统，使 得大型程序能够在小内存中运行。
操作系统的主要功能是管理计算机 硬件和软件资源，为用户提供一个 方便、高效的使用环境。
操作系统第5章设备管理
操作系统第5章设备管理
第5章 设备管理
5.1 概述 5.2 I/O控制 5.3 I/O软件层次 5.4 缓冲管理 5.5 设备分配 5.6 磁盘调度和管理
操作系统第5章设备管理
5.1 概述
5.1.1 设备分类 5.1.2 设备控制器 5.1.3 设备通道
操作系统第5章设备管理
设备的种类和数量越来越多，结构也越来越复杂， 为了管理上的方便，通常按不同的观点，从不同的角 度对设备进行分类。
1
300
2000
0
250
1850
1
250
720
操作系统第5章设备管理
3．通道方式处理过程
⑴ 当进程要求设备输入数据时，CPU发出启动指令， 并指明要进行的I/O操作、使用设备的设备号和对应的 通道。
⑵ 通道接收到CPU发来的启动指令后，把存放在内 存的通道处理程序取出，开始执行通道指令。
⑶ 执行一条通道指令，设置对应设备控制器中的控 制状态寄存器。
操作系统第5章设备管理
第5章 设备管理
5.1 概述 5.2 I/O控制 5.3 I/O软件层次 5.4 缓冲管理 5.5 设备分配 5.6 磁盘调度和管理
操作系统第5章设备管理
5.3 I/O软件层次
5.3.1 I/O软件的目标 5.3.2 I/O中断处理程序 5.3.3 I/O设备驱动程序 5.3.4 与设备无关的I/O软件 5.3.5 用户空间的I/O软件
操作系统第5章设备管理
2. 局部总线(Local Bus) 1) VESA(Video Electronic Standard Association)总线 2) 2) PCI(Peripheral Component Interface)总线
第5章 设备管理
5.1 概述 5.2 I/O控制 5.3 I/O软件层次 5.4 缓冲管理 5.5 设备分配 5.6 磁盘调度和管理
操作系统第5章设备管理
5.1 概述
5.1.1 设备分类 5.1.2 设备控制器 5.1.3 设备通道
操作系统第5章设备管理
设备的种类和数量越来越多，结构也越来越复杂， 为了管理上的方便，通常按不同的观点，从不同的角 度对设备进行分类。
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操作系统第5章设备管理
3．通道方式处理过程
⑴ 当进程要求设备输入数据时，CPU发出启动指令， 并指明要进行的I/O操作、使用设备的设备号和对应的 通道。
⑵ 通道接收到CPU发来的启动指令后，把存放在内 存的通道处理程序取出，开始执行通道指令。
⑶ 执行一条通道指令，设置对应设备控制器中的控 制状态寄存器。
操作系统第5章设备管理
第5章 设备管理
5.1 概述 5.2 I/O控制 5.3 I/O软件层次 5.4 缓冲管理 5.5 设备分配 5.6 磁盘调度和管理
操作系统第5章设备管理
5.3 I/O软件层次
5.3.1 I/O软件的目标 5.3.2 I/O中断处理程序 5.3.3 I/O设备驱动程序 5.3.4 与设备无关的I/O软件 5.3.5 用户空间的I/O软件
操作系统第5章设备管理
2. 局部总线(Local Bus) 1) VESA(Video Electronic Standard Association)总线 2) 2) PCI(Peripheral Component Interface)总线
设备管理 ppt课件
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7.1.1 设备的分类
5. 按设备的从属关系分类
(1) 系统设备。系统设备是指那些在操作系统生成 时就已经配置好的各种标准设备。例如，键盘、打 印机以及文件存储设备等。 (2) 用户设备。用户设备是指那些在系统生成时没 有配置，而是由用户自己安装配置后由操作系统统 一管理的设备。例如，网络系统中的各种网卡、实 时系统中的A/D、D/A转换器、图像处理系统的图 像设备等。
9
7.1.3 I/O系统结构
通常把I/O设备及其接口线路、控制部件、通道和管理软件称为I/O系 统。不同的计算机系统，其I/O系统结构差异很大，大多数计算机系统 都采用基于总线的I/O结构。典型的PC总线结构如下图。 总线(Bus)是用于多个部件相互连接、传递信息的公共通道，物理上 就是一组共用导线。 目前，PC机上常用的公共系统总线是PCI (Peripheral Componenent Interconnect，外部设备互联)总线结构，它把处理器、内存与高速设 备连接起来。而扩展总线(Expansion Bus)则用于连接串行、并行端 口和相对较慢的设备，如键盘。
8
7.1.2 设备管理的任务和功能
设备管理应具有下述功能：
Байду номын сангаас
设备分配 设备分配的基本任务是根据用户进程的I/O请求及系统当前的 I/O资源情况，按照某种设备分配算法为用户进程分配所需的 设备。 缓冲管理 为缓和CPU和I/O设备间速度不匹配的矛盾，提高CPU与I/O 设备之间以及各设备之间的并行性，现代操作系统都引入了 缓冲技术。通常在内存中开辟若干区域作为用户进程与外部 设备间数据传输的缓冲区，用于缓存输入/输出的数据。 设备驱动 设备驱动是指对物理设备进行控制，实现真正的I/O操作。设 备驱动的基本任务是实现CPU与设备控制器之间的通信，即 接收由CPU发来的I/O命令，如读/写命令，转换为具体要求 后，传给设备控制器，启动设备去执行；同时也将由设备控 制器发来的信号传送给CPU，如设备是否完好、是否准备就 绪、I/O操作是否已完成等，并进行相应的处理。
7.1.1 设备的分类
5. 按设备的从属关系分类
(1) 系统设备。系统设备是指那些在操作系统生成 时就已经配置好的各种标准设备。例如，键盘、打 印机以及文件存储设备等。 (2) 用户设备。用户设备是指那些在系统生成时没 有配置，而是由用户自己安装配置后由操作系统统 一管理的设备。例如，网络系统中的各种网卡、实 时系统中的A/D、D/A转换器、图像处理系统的图 像设备等。
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7.1.3 I/O系统结构
通常把I/O设备及其接口线路、控制部件、通道和管理软件称为I/O系 统。不同的计算机系统，其I/O系统结构差异很大，大多数计算机系统 都采用基于总线的I/O结构。典型的PC总线结构如下图。 总线(Bus)是用于多个部件相互连接、传递信息的公共通道，物理上 就是一组共用导线。 目前，PC机上常用的公共系统总线是PCI (Peripheral Componenent Interconnect，外部设备互联)总线结构，它把处理器、内存与高速设 备连接起来。而扩展总线(Expansion Bus)则用于连接串行、并行端 口和相对较慢的设备，如键盘。
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7.1.2 设备管理的任务和功能
设备管理应具有下述功能：
Байду номын сангаас
设备分配 设备分配的基本任务是根据用户进程的I/O请求及系统当前的 I/O资源情况，按照某种设备分配算法为用户进程分配所需的 设备。 缓冲管理 为缓和CPU和I/O设备间速度不匹配的矛盾，提高CPU与I/O 设备之间以及各设备之间的并行性，现代操作系统都引入了 缓冲技术。通常在内存中开辟若干区域作为用户进程与外部 设备间数据传输的缓冲区，用于缓存输入/输出的数据。 设备驱动 设备驱动是指对物理设备进行控制，实现真正的I/O操作。设 备驱动的基本任务是实现CPU与设备控制器之间的通信，即 接收由CPU发来的I/O命令，如读/写命令，转换为具体要求 后，传给设备控制器，启动设备去执行；同时也将由设备控 制器发来的信号传送给CPU，如设备是否完好、是否准备就 绪、I/O操作是否已完成等，并进行相应的处理。
操作系统(设备管理)
• 记录了已被连接到系统的所有物理设备的情况。 • 每个物理设备占一个表木
• 主要内容包括:设备类型、设备标识、设备控制表指针
• 设备控制表指针存放该设备控制表的地址
★设备控制表（DCT）
• 每一个设备配置一张设备控制表 • 用于记录设备的特性及与I/O控制器连接的情况。
• 主要内容包括:设备标识、设备类型、设备状态、设备等 待队列指针、控制器指针
◆为了标识系统中的每一台具体设备，每一台设备还有一 个唯一的标识即物理设统通常为每一个用户设置一张逻辑设备表
逻辑设备名
CON LPT COM
物理设备名
6 3 2
驱动程序入口地址
20020 19020 1FC90
……
……
……
★设备驱动程序 接收IOCS发来的抽象命令，再把它转换为对设备 控制器的具体控制命令后，发送给设备控制， 启动设备去执行。 功能： ◆将抽象命令转换为具体控制命令 用户及IOCS不了解设备控制器的具体情况，只能 向它们发出抽象指令，设备控制器需要根据抽 象指令，决定做什么样的具体操作 ◆检查I/O请求的合法性 如果用户发出的是设备不能执行的操作，则认为 是非法操作，由设备驱动程序负责进行合法性 检查
◆了解设备的状态 设备控制器的状态寄存器，保存了设备的状态信 息，系统需要了解这些状态信息，以便启动该 设备 ◆传送其他参数 ◆启动I/O设备工作，进行数据传送 驱动程序在做好I/O准备工作后，向设备控制器通 知开始数据传送。
★中断处理程序
当I/O设备完成了I/O操作之后，控制器便向CPU发 出一个中断请求，CPU响应后，便转向中断处理程序
• （2）输入缓冲区和输出缓冲区：在内存中开辟的两 个存储区域。输入缓冲区暂存由输入设备送来的数据， 输出缓冲区暂存从输出井送来的数据
• 主要内容包括:设备类型、设备标识、设备控制表指针
• 设备控制表指针存放该设备控制表的地址
★设备控制表（DCT）
• 每一个设备配置一张设备控制表 • 用于记录设备的特性及与I/O控制器连接的情况。
• 主要内容包括:设备标识、设备类型、设备状态、设备等 待队列指针、控制器指针
◆为了标识系统中的每一台具体设备，每一台设备还有一 个唯一的标识即物理设统通常为每一个用户设置一张逻辑设备表
逻辑设备名
CON LPT COM
物理设备名
6 3 2
驱动程序入口地址
20020 19020 1FC90
……
……
……
★设备驱动程序 接收IOCS发来的抽象命令，再把它转换为对设备 控制器的具体控制命令后，发送给设备控制， 启动设备去执行。 功能： ◆将抽象命令转换为具体控制命令 用户及IOCS不了解设备控制器的具体情况，只能 向它们发出抽象指令，设备控制器需要根据抽 象指令，决定做什么样的具体操作 ◆检查I/O请求的合法性 如果用户发出的是设备不能执行的操作，则认为 是非法操作，由设备驱动程序负责进行合法性 检查
◆了解设备的状态 设备控制器的状态寄存器，保存了设备的状态信 息，系统需要了解这些状态信息，以便启动该 设备 ◆传送其他参数 ◆启动I/O设备工作，进行数据传送 驱动程序在做好I/O准备工作后，向设备控制器通 知开始数据传送。
★中断处理程序
当I/O设备完成了I/O操作之后，控制器便向CPU发 出一个中断请求，CPU响应后，便转向中断处理程序
• （2）输入缓冲区和输出缓冲区：在内存中开辟的两 个存储区域。输入缓冲区暂存由输入设备送来的数据， 输出缓冲区暂存从输出井送来的数据
设备管理PPT课件
中断驱动方式可以成百倍地提高CPU的利用率。
2021/7/28
1313
分析
同前相比，CPU利用率大大提高。
缺点：每台设备每输入输出一个字节的数据都有一次中断。如 果设备较多时，中断次数会很多，使CPU的计算时间大大减 少。
为减少中断对CPU造成的负担，可采用DMA方式和通道方式。
2021/7/28
继续对该标志进行测试，转2，为0表示输入机已将输入数据 送入控制器的数据寄存器中，转3 3、 把数据从数据缓冲区中读走，并置busy为1。
所谓“程序循环测试”的数据传输方式，就是指用户进程使 用启动设备后，不断地执行测试指令，去测试所启动设备的 状态寄存器。只有在状态寄存器出现了所需要的状态后，才 停止测试工作，完成输入/输出。忙----0
在程序I/O方式中，由于CPU的高速性和I/O设备的低 速性， 致使CPU的绝大部分时间都处于等待I/O设备完成 数据I/O的循环测试中， 造成对CPU的极大浪费。在该方 式中，CPU之所以要不断地测试I/O设备的状态，就是因 为在CPU中无中断机构， 使I/O设备无法向CPU报告它已 完成了一个字符的输入操作。
2021/7/28
2121
2.I/O系统层次及功能
用户层软件 设备独立性软件 设备驱动程序 中断处理程序
实现与用户交互的接 口，产生I/O请求
负责实现与设备驱动器的统一接口、 设备命名，设备的保护，设备的分
配与释放，缓冲等。
与硬件直接相关，负责具体实现系 统对设备发出的操作指令，驱动
I/O设备工作的驱动程序
设备； ④ 缓冲管理，即对字符设备和块设备的缓冲区进行
有效的管理， 以提高I/O的效率；⑤ 差错控制。I/O操作中，
大多数错误都与设备有关，所以主要由设备驱动程序处理，
计算机操作系统设备管理
计算机操作系统设备管理
计算机操作系统的设备管理是管理计算机系统中的硬件设备的重要组成部分。
设备管理主要包括设备分配、设备释放、设备驱动程序管理和设备状态管理四个方面。
设备分配是指在系统启动时，管理程序将计算机系统中的各种硬件设备按照规则分配给各个用户或进程。
在分配设备时，需要考虑设备的类型、数量、性能以及用户对设备的使用需求。
设备的分配需要合理分配系统资源，避免资源的浪费和冲突。
设备释放是指在设备使用完毕后，将设备从用户或进程中释放出来，使得其他用户或进程可以继续使用该设备。
设备释放需要及时释放被占用的设备，以提高系统的设备利用率。
设备驱动程序管理是指管理设备的各种驱动程序，通过驱动程序来控制设备的工作。
驱动程序管理需要确保设备的驱动程序能够正常工作，提供给用户或进程可用的设备接口。
设备状态管理是指管理设备的工作状态，包括设备的空闲状态、使用状态、故障状态等。
设备状态管理需要及时监控设备的工作状态，以及时处理设备的故障和异常情况。
在计算机操作系统中，设备管理对于系统的性能和稳定性至关重要。
合理的设备管理可以提高系统资源的利用率，提高系统的响应速度和稳定性，保障用户或进程对设备的需求。
因此，设备管理需要综合考虑系统的硬件资源和用户的需求，合理分配和管理计算机系统中的各种硬件设备。
操作系统 第五章 设备管理
内部设备：CPU 、内存等。 外部设备(I/O设备)：输入输出设 备、外存设备以及终端设备等。
第1-8页
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I/O设备分类
1) 按设备的使用特性分类
2) 按传输速率分类
3) 按信息交换的单位分类
4) 按设备的共享属性分类
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1）按设备的使用特性分类
第1-13页
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计算机外围设备的分类
第1-14页
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5.1.3 设备控制器
设备控制器：是CPU和I/O设备之间的接口， 接收从CPU发来的命令，并去控制I/O设备 工作，以使CPU从繁琐的设备控制事务中 解脱出来。 可控制一个或多个I/O设备。
第1-29页
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DMA控制器中设置的寄存器
(1) 命令/状态寄存器(CR)：接收从CPU发来的I/O命 令，或有关控制信息，或设备的状态。 (2) 内存地址寄存器(MAR)：
输入时，存放把数据从设备传送到内存的起始目标地址； 输出时，存放由内存到设备的内存源地址。
第1-28页
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5.2.3直接存储器访问(DMA)I/O控制方式
直接存储器访问控制方式（Direct Memory Access control ）：
数据传输的基本单位是数据块； 外围设备和内存之间开辟直接的数据交换通道; 仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时， 才，需要CPU干预，整块数据的传送在DMA控制 器的控制下完成。
传送 完成？ 完成 下一条指令
读D 控制 MA 器的状态
下一条指令 (c) DMA 方式
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I/O设备分类
1) 按设备的使用特性分类
2) 按传输速率分类
3) 按信息交换的单位分类
4) 按设备的共享属性分类
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1）按设备的使用特性分类
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计算机外围设备的分类
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5.1.3 设备控制器
设备控制器：是CPU和I/O设备之间的接口， 接收从CPU发来的命令，并去控制I/O设备 工作，以使CPU从繁琐的设备控制事务中 解脱出来。 可控制一个或多个I/O设备。
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DMA控制器中设置的寄存器
(1) 命令/状态寄存器(CR)：接收从CPU发来的I/O命 令，或有关控制信息，或设备的状态。 (2) 内存地址寄存器(MAR)：
输入时，存放把数据从设备传送到内存的起始目标地址； 输出时，存放由内存到设备的内存源地址。
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5.2.3直接存储器访问(DMA)I/O控制方式
直接存储器访问控制方式（Direct Memory Access control ）：
数据传输的基本单位是数据块； 外围设备和内存之间开辟直接的数据交换通道; 仅在传送一个或多个数据块的开始和结束时， 才，需要CPU干预，整块数据的传送在DMA控制 器的控制下完成。
传送 完成？ 完成 下一条指令
读D 控制 MA 器的状态
下一条指令 (c) DMA 方式
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§7.1 I/O设备
在多道程序环境中，设备管理把着眼点放在： 设备的有效使用 设备和CPU的并行工作 让用户方便使用设备
§7.1 I/O设备
一、计算机设备的分类
基于设备的工作特性： 外部存储设备（长期保存信息，可随时访问，
如磁盘、磁带） 输入/输出设备（字符设备，以单个字符为单位
存储、传输信息，如显示器、键盘、打印机等）
§7.1 I/O设备
2. 设备管理的功能：
提供用户接口：提供一组I/O命令，即用户使用外设的接
口，用户在程序中通过这些命令使用外设。
进行设备的分配与回收：OS中I/O管理程序负责接受用
户使用外设的请求、分配设备、回收设备。
实现真正的I/O操作：OS依据用户的请求，通过具体的
设备驱动程序，启动外设，进行实际的I/O操作；操作完毕 就通知用户进程，由设备中断服务程序完成善后工作。
硬盘） — 虚拟设备 ( 模拟独占设备为共享设备，即将
慢速的独占设备经软件技术改造成为多个进程 可以共享的设备，典型如SPOOLing技术 ）
§7.1 I/O设备
基于信息组织和处理的方式： — 字符设备（信息以字符为单位来组织和
分配的；系统中大部分均属此类，如打印机、 键盘、显示器等；特点是速度慢，也称慢速 设备） — 块设备（信息以块为单位来组织和分配 的；如磁盘、磁带等；特点是速度快，也称 快速设备）
§7.2 数据传送控制方式
一、设备控制器
I/O设备一般由机械部分与电子部分构成， 把这两部分分开处理，通过接插件、电缆相连。
机械部分即设备本身 电子部分即设备控制器（适配器、接口卡） 每种I/O设备都要通过设备控制器与CPU相
连。 设备控制器是CPU与I/O设备间的接口，处
于CPU与外设之间。
I/O设备管理
§7.1 I/O设备 §7.2 数据传送控制方式
§7.3 设备分配 §7.4 缓冲管理 §7.5 I/O处理过程
§7.1 I/O设备
OS设备管理中的设备指外部设备，包括输入 设备与输出设备，即除主机（CPU+内存）之 外的所有设备。 I/O性能经常成为整个系统性能的瓶颈，CPU 性能并不等于系统性能，CPU性能越高，与I/O 差距越大。 OS庞大复杂的原因之一就是外设资源多而杂， 种类繁多，结构各异，I/O数据信号类型不同， 速度差异很大。
§7.1 I/O设备
基于设备的从属关系： —系统设备（一般是标准设备）（OS生成时
就配置在系统中的标准设备，如：键盘、鼠标、 显示器、终端、打印机等） —用户设备（一般为非标准设备）（设备的 处理程序由用户提供，需另外安装，如：扫描 仪、A-D/D-A转换设备等）
§7.1 I/O设备
基于设备的分配特性： — 独享设备（使用具有排它性，低速I/O设备） — 共享设备（可由多个用户程序交替使用，如
实现I/O 设备控制器接受命令后，就独立于CPU去完成
命令指定的任务。
§7.2 数据传送控制方式
外设接受了CPU的I/O命令，随后即独立于CPU 进行I/O操作，这时外设与CPU并行，即在外设I/O 的同时，CPU在运行其它进程。
外设完成所要求的I/O任务后，要通知CPU。 早期采用“被动式”，控制器设置一个完成标志，
§7.1 I/O设备
二、设备管理的目标与功能
1. 设备管理目标： 提高系统资源利用率
多道程序环境下，资源数总是少于进程数。 需合理分配设备资源，并使外设与外设、外设与CPU并
行工作，使设备尽可能处于忙碌状态。
方便用户使用
对于各种各样的外设，为用户提供便利、统一的使用界面。 OS把各种外设的物理特性隐藏起来，把各种外设的具体 操作方式隐藏起来，由OS面对； 而让用户面对的是使用方便的设备，这样就可使用户摆脱 繁琐的编程负担。
§ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ.2 数据传送控制方式
三、中断方式
向控制器发读命令
以读为例，
说明中断控
CPU→I/O
制I/O方式
CPU做其它事
读控制器状态
中断完成信号
I/O→CPU
检查状态
就绪
从控制器中读入字
出错 I/O→CPU
未完成
向内存中写字
传送完成？
CPU→内存 完成
下条指令
§7.2 数据传送控制方式
中断方式说明： 1.某一进程处于执行状态，通过CPU向外设控制器发出I/O指令；
§7.2 数据传送控制方式
HD
打印机
CPU 内存
磁盘控制器
打印机控制器 …
微机的I/O设备通过总线与CPU连接
系统总线
设备控制器
§7.2 数据传送控制方式
设备控制器通过自己内部的寄存器与CPU通信 数据寄存器 数据传输的缓冲 状态寄存器 存放外设的状态，供CPU测试 控制寄存器 存放CPU发出的操作命令与参数 OS把命令以及参数写入控制寄存器，外设据此
其它功能：管理缓冲区，CPU与I/O设备通过缓冲区传送
数据，以解决高速CPU与慢速外设之间矛盾。OS有专门软 件管理缓冲区的分配与回收。
§7.2 数据传送控制方式
计算机系统的输入/输出，实质是进行数据 的输入/输出，即数据的传输。 数据传输：I/O设备←→内存
I/O设备←→CPU 数据传输方式有四种： 程序直接控制方式 中断控制方式 DMA方式 通道控制方式
未 就
读控制器状态
I/O→CPU
绪
检查状态
出错
就绪
从控制器中读入字 I/O→CPU
向存储器中写字 CPU→内存
未完成
完成
传送完成？
下条指令
§7.2 数据传送控制方式
评价： 在程序I/O方式中，由于CPU的高速与I/O设备的 低速，使得CPU绝大部分时间，都处于等待外设 完成数据I/O的循环测试之中，造成CPU的极大浪 费。 此外，CPU与I/O设备只能串行工作，整个计算 机系统效率低下。
该进程随即阻塞，等待I/O完成； OS立即将CPU调度给其它进程使用； 而外设控制器得到指令后，就独立于CPU进行指令规定的操 作； 如此，CPU与I/O并行工作。 2.当外设I/O操作完成，设备控制器立即向CPU发中断完成信号； CPU接到信号响应该中断，立即转中断处理程序； 由中断处理程序把数据从设备控制器传送到内存。 3.被阻塞进程在I/O完成后，状态即转变为就绪，等待OS调度， 以执行余下的程序。
等待CPU来查询，即程序直接控制方式。 现在采用“主动式”，即通过中断方式主动通知
CPU，让CPU来进行处理，即中断控制方式。 直接存储器存取方式（DMA）和通道控制方式也
是基于中断的主动型的数据传输控制方式。
§7.2 数据传送控制方式
二、程序直接控制方式 以读为例， 说明程序直 接控制I/O 向控制器发读命令 CPU→I/O 方式