chap7设备管理
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7.1概述
一、 设备类型 1．按操作特性分类 按这种方法可把外部设备分为存储设备和输入/输出（I/O）
设备。 2．按传输的信息特点分类 按这种方法可将外部设备分为字符设备和块设备。 3．按系统和用户的观点分类 按这种观点可将外部设备分为系统设备和用户设 备两种。 4． 这种分类方式可将I/O (1)独占设备 (2) 共享设备 (3) 虚拟设备
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第七章 设备管理
二、 设备管理的任务和功能
1．设备管理的任务 提高设备的利用率 设备独立性 字符编码的独立性 设备处理的一致性
2．设备管理的功能 （1）监视系统中所有设备的状态。 （2）设备分配。 （3）设备控制是设备管理的另一功能，它包括 设备驱动和设备中断处理，具体的工作过程是 在设备处理的程序中发出驱动某设备工作的I/O 指令后，再执行相应的中断处理。
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第七章 设备管理
二、 输入/输出控制方式
1、 程序直接控制方式 程序直接控制方式是指由程序直接控制内 存或CPU和外围设备之间进行信息传送的 方式。通常又称为“忙—等”方式或循环 测试方式。 在数据传送过程中，必不可少的一个硬件 设备是I/O控制器，它是操作系统软件和硬 件设备之间的接口，它接收CPU的命令， 并控制I/O设备进行实际的操作。
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。
பைடு நூலகம்
缺点:
处理机与设备串行工作;
消耗大量处理机时间.
.
第七章 设备管理
2、中断驱动方式 在 I/O 设 备 输 入 每 个 数 据 的 过 程 中 ， 由 于 无 须 CPU 干 预 ， 因 而 可 使 CPU与I/O设备并行工作。仅当输完一个数据时，才需CPU花费极短 的时间去做些中断处理。可见，这样可使CPU和I/O设备都处于忙碌 状态，从而提高了整个系统的资源利用率及吞吐量。例如，从终端 输入一个字符的时间约为100 ms， 而将字符送入终端缓冲区的时间 小于 0.1 ms。 若采用程序I/O方式，CPU约有 99.9 ms的时间处于忙— 等待中。 采用中断驱动方式后，CPU可利用这 99.9 ms的时间去做其 它事情，而仅用 0.1 ms的时间来处理由控制器发来的中断请求。 可 见，中断驱动方式可以成百倍地提高CPU的利用率。
第七章 设备管理
第七章 设备管理
本章学习目标 l 数据传送的4种方式：程序直接控制方式、中 断控制方式、DMA方式及通道控制方式 l 缓冲技术的概念及4种常见的缓冲技术：单缓 冲、双缓冲、环形缓冲及缓冲池 l 设备分配的概念及3种设备分配技术：独享分 配、共享分配及虚拟分配 l I/O进程控制
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第七章 设备管理
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第七章 设备管理
7.2 I/O系统结构
一、控制方式的演变
1、程序控制查询方式
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
.
第七章 设备管理
4、 I/O通道控制方式 I/O通道方式是DMA方式的发展，它可进一步减少CPU的干预，即把对一个 数据块的读(或写)为单位的干预，减少为对一组数据块的读(或写)及有关的 控制和管理为单位的干预。 同时，又可实现CPU、通道和I/O设备三者的并 行操作，从而更有效地提高整个系统的资源利用率。例如，当CPU要完成一 组相关的读(或写)操作及有关控制时，只需向I/O通道发送一条I/O指令，以 给出其所要执行的通道程序的首址和要访问的I/O设备，通道接到该指令后， 通过执行通道程序便可完成CPU指定的I/O任务。 通道控制方式的数据过程如下：
特点: CPU与设备并行工作 设备多时对CPU打扰多
.
第七章 设备管理
3、 直接存储器访问DMA I/O控制方式 该方式的特点是：① 数据传输的基本单位是数据块，即在CPU与I/O 设备之间，每次传送至少一个数据块；② 所传送的数据是从设备直 接送入内存的，或者相反； ③ 仅在传送一个或多个数据块的开始和 结束时，才需CPU干预，整块数据的传送是在控制器的控制下完成 的。可见，DMA方式较之中断驱动方式，又是成百倍地减少了CPU 对I/O的干预，进一步提高了CPU与I/O设备的并行操作程度。
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第七章 设备管理
5.按传输速率分类 第一类是低速设备:这是指其传输速率仅为每秒钟 几个字节至数百个字节的一类设备。属于低速设备 的典型设备有键盘、 鼠标器、语音的输入和输出 等设备。 第二类是中速设备:这是指其传输速率在每秒钟数 千个字节至数万个字节的一类设备。典型的中速设 备有行式打印机、激光打印机等。 第三类是高速设备: 这是指其传输速率在数百千个 字节至数十兆字节的一类设备。 典型的高速设备 有磁带机、 磁盘机、 光盘机等。
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第七章 设备管理
2、 中断控制方式
（1）进程需要数据时，将允许启动和允许中断的控制字写入设 备控制状态寄存器中，启动该设备进行输入操作。 （2）该进程放弃处理机，等待输入的完成。操作系统进程调度 程序调度其他就绪进程占用处理机。 （3）当输入完成时，输入设备通过中断请求线向CPU发出中断 请求信号。CPU在接收到中断信号之后，转向中断处理程序。 （4）中断处理程序首先保护现场，然后把输入缓冲寄存器中的 数据传送到某一特定单元中去，同时将等待输入完成的那个进程 唤醒，进入就绪状态，最后恢复现场，并返回到被中断的进程继 续执行。 （5）在以后的某一时刻，操作系统进程调度程序选中提出的请 求并得到获取数据的进程，该进程从约定的内存特定单元中取出 数据继续工作。
（1）当进程要求设备输入时，CPU发指令指明I/O操作、设备号和 对应通道。 （2）对应通道收到CPU发来的启动指令后，读出内存中的通道指令 程序、设置对应设备的控制状态寄存器的初值。 （3）设备按通道指令的要求，把数据送往内存指定区域。 （4）若传送结束，I/O控制器通过中断请求线发中断信号请求CPU 做中断处理。 （5）中断处理结束后，CPU返回到被中断进程处继续执行。 （6）当进程调度程序选中这个已得到数据的进程后，才能进行加工 处理。
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第七章 设备管理
下面讲述程序直接控制方式的工作过程。由于数 据传送过程中输入和输出的情况比较类似，下面 只给出输出数据时的工作过程。 （1）把一个启动位为“1”的控制字写入该设备 的控制状态寄存器。 （2）将需输出数据送到数据缓冲寄存器。 （3）测试控制状态寄存中的“完成位”，若为0， 转（2），否则转（4）。 （4）输出设备将数据缓冲寄存器中的数据取走 进行实际的输出。
一、 设备类型 1．按操作特性分类 按这种方法可把外部设备分为存储设备和输入/输出（I/O）
设备。 2．按传输的信息特点分类 按这种方法可将外部设备分为字符设备和块设备。 3．按系统和用户的观点分类 按这种观点可将外部设备分为系统设备和用户设 备两种。 4． 这种分类方式可将I/O (1)独占设备 (2) 共享设备 (3) 虚拟设备
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第七章 设备管理
二、 设备管理的任务和功能
1．设备管理的任务 提高设备的利用率 设备独立性 字符编码的独立性 设备处理的一致性
2．设备管理的功能 （1）监视系统中所有设备的状态。 （2）设备分配。 （3）设备控制是设备管理的另一功能，它包括 设备驱动和设备中断处理，具体的工作过程是 在设备处理的程序中发出驱动某设备工作的I/O 指令后，再执行相应的中断处理。
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第七章 设备管理
二、 输入/输出控制方式
1、 程序直接控制方式 程序直接控制方式是指由程序直接控制内 存或CPU和外围设备之间进行信息传送的 方式。通常又称为“忙—等”方式或循环 测试方式。 在数据传送过程中，必不可少的一个硬件 设备是I/O控制器，它是操作系统软件和硬 件设备之间的接口，它接收CPU的命令， 并控制I/O设备进行实际的操作。
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。
பைடு நூலகம்
缺点:
处理机与设备串行工作;
消耗大量处理机时间.
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第七章 设备管理
2、中断驱动方式 在 I/O 设 备 输 入 每 个 数 据 的 过 程 中 ， 由 于 无 须 CPU 干 预 ， 因 而 可 使 CPU与I/O设备并行工作。仅当输完一个数据时，才需CPU花费极短 的时间去做些中断处理。可见，这样可使CPU和I/O设备都处于忙碌 状态，从而提高了整个系统的资源利用率及吞吐量。例如，从终端 输入一个字符的时间约为100 ms， 而将字符送入终端缓冲区的时间 小于 0.1 ms。 若采用程序I/O方式，CPU约有 99.9 ms的时间处于忙— 等待中。 采用中断驱动方式后，CPU可利用这 99.9 ms的时间去做其 它事情，而仅用 0.1 ms的时间来处理由控制器发来的中断请求。 可 见，中断驱动方式可以成百倍地提高CPU的利用率。
第七章 设备管理
第七章 设备管理
本章学习目标 l 数据传送的4种方式：程序直接控制方式、中 断控制方式、DMA方式及通道控制方式 l 缓冲技术的概念及4种常见的缓冲技术：单缓 冲、双缓冲、环形缓冲及缓冲池 l 设备分配的概念及3种设备分配技术：独享分 配、共享分配及虚拟分配 l I/O进程控制
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第七章 设备管理
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第七章 设备管理
7.2 I/O系统结构
一、控制方式的演变
1、程序控制查询方式
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
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第七章 设备管理
4、 I/O通道控制方式 I/O通道方式是DMA方式的发展，它可进一步减少CPU的干预，即把对一个 数据块的读(或写)为单位的干预，减少为对一组数据块的读(或写)及有关的 控制和管理为单位的干预。 同时，又可实现CPU、通道和I/O设备三者的并 行操作，从而更有效地提高整个系统的资源利用率。例如，当CPU要完成一 组相关的读(或写)操作及有关控制时，只需向I/O通道发送一条I/O指令，以 给出其所要执行的通道程序的首址和要访问的I/O设备，通道接到该指令后， 通过执行通道程序便可完成CPU指定的I/O任务。 通道控制方式的数据过程如下：
特点: CPU与设备并行工作 设备多时对CPU打扰多
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第七章 设备管理
3、 直接存储器访问DMA I/O控制方式 该方式的特点是：① 数据传输的基本单位是数据块，即在CPU与I/O 设备之间，每次传送至少一个数据块；② 所传送的数据是从设备直 接送入内存的，或者相反； ③ 仅在传送一个或多个数据块的开始和 结束时，才需CPU干预，整块数据的传送是在控制器的控制下完成 的。可见，DMA方式较之中断驱动方式，又是成百倍地减少了CPU 对I/O的干预，进一步提高了CPU与I/O设备的并行操作程度。
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第七章 设备管理
5.按传输速率分类 第一类是低速设备:这是指其传输速率仅为每秒钟 几个字节至数百个字节的一类设备。属于低速设备 的典型设备有键盘、 鼠标器、语音的输入和输出 等设备。 第二类是中速设备:这是指其传输速率在每秒钟数 千个字节至数万个字节的一类设备。典型的中速设 备有行式打印机、激光打印机等。 第三类是高速设备: 这是指其传输速率在数百千个 字节至数十兆字节的一类设备。 典型的高速设备 有磁带机、 磁盘机、 光盘机等。
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第七章 设备管理
2、 中断控制方式
（1）进程需要数据时，将允许启动和允许中断的控制字写入设 备控制状态寄存器中，启动该设备进行输入操作。 （2）该进程放弃处理机，等待输入的完成。操作系统进程调度 程序调度其他就绪进程占用处理机。 （3）当输入完成时，输入设备通过中断请求线向CPU发出中断 请求信号。CPU在接收到中断信号之后，转向中断处理程序。 （4）中断处理程序首先保护现场，然后把输入缓冲寄存器中的 数据传送到某一特定单元中去，同时将等待输入完成的那个进程 唤醒，进入就绪状态，最后恢复现场，并返回到被中断的进程继 续执行。 （5）在以后的某一时刻，操作系统进程调度程序选中提出的请 求并得到获取数据的进程，该进程从约定的内存特定单元中取出 数据继续工作。
（1）当进程要求设备输入时，CPU发指令指明I/O操作、设备号和 对应通道。 （2）对应通道收到CPU发来的启动指令后，读出内存中的通道指令 程序、设置对应设备的控制状态寄存器的初值。 （3）设备按通道指令的要求，把数据送往内存指定区域。 （4）若传送结束，I/O控制器通过中断请求线发中断信号请求CPU 做中断处理。 （5）中断处理结束后，CPU返回到被中断进程处继续执行。 （6）当进程调度程序选中这个已得到数据的进程后，才能进行加工 处理。
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第七章 设备管理
下面讲述程序直接控制方式的工作过程。由于数 据传送过程中输入和输出的情况比较类似，下面 只给出输出数据时的工作过程。 （1）把一个启动位为“1”的控制字写入该设备 的控制状态寄存器。 （2）将需输出数据送到数据缓冲寄存器。 （3）测试控制状态寄存中的“完成位”，若为0， 转（2），否则转（4）。 （4）输出设备将数据缓冲寄存器中的数据取走 进行实际的输出。